$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تعد الفئران الخالية من الجراثيم أداة أساسية في ذخيرة الباحثين في الميكروبيوم ، مما يسمح للمرء بتشريح مساهمة الكائنات الحية الدقيقة في حالات الصحة والمرض المضيف. تولد الفئران الخالية من الجراثيم معقمة تماما وتظل محورية طوالحياتها 1. يتيح استعمار الفئران الخالية من الجراثيم ذات السلالات البكتيرية المحددة إجراء دراسات مسببة بين تلك الأصناف ووظائف التمثيل الغذائي أو المناعة أو المضيف الأخرى2،3،4،5. من المفيد بشكل خاص القدرة على "إضفاء الطابع الإنساني" على الفئران الخالية من الجراثيم على مستوى الجراثيم عن طريق زرع البراز الذي تم الحصول عليه من متبرعين بشريين ، وعند وضعه في ظروف حاجز ، منع التلوث من الكائنات الحية الدقيقة المشتقة منالمورين 1. مكن هذا النهج من العديد من الاكتشافات المهمة في مجال الميكروبيوم ، على سبيل المثال ، تأثير ميكروبيوم الأمعاء البشرية على استجابة العلاج المناعي للسرطان6،7،8.
ومع ذلك ، في حين أن الفئران الخالية من الجراثيم المتوافقة مع البشر لا تقدر بثمن لجهود البحث في مجال الميكروبيوم ، إلا أن هناك العديد من القيود التي أعاقت التكيف الأوسع لهذا النهج. يتم تربية الفئران الخالية من الجراثيم وصيانتها في عوازل كبيرة شبه صلبة أو مرنة ، لكن التجارب الوظيفية تتطلب إعداد عوازل صغيرة منفصلة ، مع وجود عازل صغير واحد يحتوي على عدة أقفاص ولكن فقط في ظل حالة تجريبية واحدة. يزيد نهج المعزل المصغر هذا من المساحة والتكلفة مع الحد بشدة من عدد الظروف التجريبية التي يمكن التحقيق فيها في التجربة وعدد التجارب التي يمكن إجراؤها بالتوازي. الحل الواعد هو استخدام نظام قفص فردي معياري يسمى نظام الاستبعاد البيولوجي ISOcage P (يشار إليه هنا باسم نظام isocage) 9،10. يسمح نظام isocage بالتلاعب التجريبي بالفئران الخالية من الجراثيم في أقفاص عازلة فردية محكمة الغلق والضغط الإيجابي ، مما يتيح ظروفا تجريبية منفصلة بين كل قفص بدلا من كل عازل صغير. باستخدام تقنية التعقيم المناسبة ، يمكن إيواء في أحجار لمدة تصل إلى 12 أسبوعا في ظل ظروف خالية من الجراثيم أو إضفاء الطابع الإنساني عليها عن طريق زرع البراز البشري لاستخدامها في أي نهج تجريبي متوافق (أي يمكن إجراؤها في ظل ظروف معقمة). يمكن إجراء تجارب مستقلة متعددة بالتوازي باستخدام نظام isocage ، وتكون المساحة والتكلفة أقل بشكل كبير من إجراء تجارب متعددة عبر العوازل الصغيرة.
الغرض من تربية الفئران الخالية من الجراثيم في عوازل تربية الأفلام المرنة هو الحفاظ بعناية على الحالة المحورية11. تشمل التقنيات المستخدمة لمراقبة الحالة الخالية من الجراثيم المسحات الروتينية لأسطح جسم الفئران وتجاويف الفم ، بالإضافة إلى الجمع المعقم لعينات البراز ، والتي يتم زراعتها واختبارها بواسطة المقايسات التجارية القائمة على تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). الاختبارات البكتيرية والمصلية والفطرية لهذه العينات كلها مطلوبة لتحديد الحالة الخالية من الجراثيم11. عندما يتم نقل الفئران الخالية من الجراثيم من عوازل التكاثر إلى isocages للاستخدام التجريبي ، يتم مسح الفئران واختبارها للتحقق من حالتها الخالية من الجراثيم عند النقل. يتم إجراء فحوصات العقم المتساوي من خلال الجمع المعقم لعينات البراز ، والتي يتم زراعتها بعد ذلك للكشف عن الملوثات البكتيرية والفيروسية والفطرية. يعد جمع نتائج فحوصات العقم هذه وتسجيلها بعناية من الولادة حتى نهاية البروتوكول التجريبي أمرا ضروريا للتحقق من صحة حالة هذه الفئران الخالية من الجراثيم.
يتكون نظام isocage من أقفاص فردية (الشكل 1) ، وأقراص نقل للنقل خارج عوازل التكاثر (الشكل 1) ، ورف isocaj ، الذي يضم الأقفاص (الشكل 2). يحتوي كل معضل على مرشح هواء جسيمات عالي الكفاءة (HEPA) على مستوى القفص مثبت على مدخل هواء الإمداد وحشية سيليكون تصنع ختما محكما عند إغلاقه ، مما يضمن عدم دخول الملوثات إلى القفص عبر الهواء (الشكل 1 أ). يمكن استخدام غطاء القفص هذا كسطح عمل معقم عند وضعه رأسا على عقب داخل خزانة السلامة الحيوية المعقمة (الشكل 1 أ). رف سلكي داخل القفص يحمل زجاجة الطعام والماء (الشكل 1 ب). يتم استخدام الملقط المعقم داخل القفص لجميع عمليات التلاعب التي تتطلب ملامسة أسطح الأقفاص الداخلية. يحتوي القفص نفسه على شقوق لحامل بطاقة قفص قابل للإزالة لتحديد من الخارج وفوهات سحب الهواء والتصدير التي ترسو في رف الحوض (الشكل 1C-E). تعمل مشابك الإغلاق الآمن وقفل علامة التبويب على الغطاء على إغلاق القفص عندما يكون جاهزا لإعادة رسمه على نظام الحامل (الشكل 1F). الفراش المقترح هو Alpha-dri ، ويوصى أيضا باستخدام كوخ تخصيب قابل للتعقيم (الشكل 1F). تستخدم أقراص النقل لنقل الفئران الخالية من الجراثيم من عوازل التكاثر إلى الأيزوكاج وتحتوي على غطاء حجرة قابل للدوران بفتحة مثلثة للسماح بالتلاعب بالحيوانات (الشكل 1G-H). تأتي الأقراص بأحجام صغيرة (قطرها 21.6 سم) وكبيرة (قطر 28 سم) ، وكلاهما بسعة ثمانية فئران. يستخدم الشريط المعقم لإنشاء أختام محكمة الإغلاق على محيط القرص وفتحات الهواء ، والتي يتم إجراؤها قبل النقع بمعقم ونقله في كيس مبلل بالتعقيم (الشكل 1I). يحتوي نظام الحامل نفسه على شاشة لمراقبة منفاخ الهواء ، وحالة مرشح HEPA على مستوى الحامل ، وطاقة البطارية في حالات الطوارئ للحامل ، وكلها ميزات مضمنة للنظام (الشكل 2 أ). يعرض مقياس Magnehelic المغلق الضغط الإيجابي الذي يحتفظ به نظام القفص ، ويظهر مؤشر الإرساء المرئي التلقائي حالة إرساء الأقفاص (علامة التبويب الصفراء تعني عدم إرساء القفص ، أو أن الرصيف لم ينجح) (الشكل 2B-D). من الضروري أيضا التلاعب ب isocages خزانة السلامة الحيوية القياسية المعتمدة.
يصف البروتوكول المقدم هنا الطرق المناسبة للنقل الناجح للفئران الخالية من الجراثيم من عوازل التكاثر في ظل ظروف معقمة إلى الأحجار مع الحفاظ على حالة خالية من الجراثيم ، وإضفاء الطابع الإنساني على الفئران الخالية من الجراثيم مع ملاط براز متبرع بشري ، وجمع البراز من الفئران الموجودة في isocage إما لتأكيد الحالة الخالية من الجراثيم أو الحفاظ على الجدوى لمزيد من الدراسات الوظيفية. في هذا المثال ، يتم إضفاء الطابع الإنساني على الفئران الخالية من الجراثيم بعينات براز مجمعة من أشخاص عولجوا بالعلاج المناعي لسرطان الرئة ومزدوجة التقسيم كمستجيبين أو غير مستجيبين للعلاج. في هذه الحالة ، تم نقل النمط الظاهري للاستجابة للاستجابة للعلاج المناعي عن طريق إضفاء الطابع الإنساني على ميكروبات الأمعاء إلى الفئران المتلقية ، والتي يمكن بعد ذلك تلقيحها بالخلايا السرطانية وعلاجها بالعلاج المناعي. يمكن تكييف بروتوكول ملاط البراز البشري بسهولة مع أي براز متبرع بشري أو أي نموذج قبل سريري للمرض يرغب فيه المحقق. باستخدام هذا البروتوكول ، من الممكن نقل أي ميكروبات متبرعة بشرية بالبراز إلى مضيف خال من الجراثيم ، مما يتيح إجراء مزيد من التحقيق في دور الكائنات الحية الدقيقة في الصحة والمرض.

الشكل 1: رسم تخطيطي لأقراص القياس والنقل. (أ) منظر من أعلى إلى أسفل للجانب السفلي من غطاء القفص ، مع ملصقات تشير إلى موقع مرشح HEPA الداخلي على مستوى القفص وختم حشية السيليكون. (ب) منظر من أعلى إلى أسفل للجزء الداخلي من القفص ، مع ملصقات تشير إلى غطاء شريط السلك ، وزجاجة المياه الداخلية ، والفوهة ، والموقع في الرف السلكي لحمل الطعام القابل للتعقيم. (ج) منظر أمامي للقفص يظهر شقوق لحامل بطاقة القفص. (د) منظر من أعلى إلى أسفل لقفص كامل مع غطاء في الأعلى ، يوضح كيفية تركيب مرشح HEPA على فوهة سحب الهواء. (ه). منظر خلفي للقفص يظهر فوهات سحب الهواء والتصدير التي ترسو على نظام رف isocage. (و) منظر جانبي لقفص كامل مع غطاء في الأعلى ، مع ملصقات تشير إلى مشابك الإغلاق الآمن في الوضع المفتوح ، مع علامات تبويب بيضاء على كل مشبك تثبتها في مكانها. يظهر الجزء الداخلي من القفص فراشا من Alpha-dri طبقات في الأسفل ويقترح كوخ التخصيب الموضوع في الفراش. (G) عرض من أعلى إلى أسفل لأقراص النقل مع غطاء في الأعلى. (ح) منظر من أعلى إلى أسفل للجزء الداخلي من قرص النقل، يظهر غطاء المقصورة القابل للدوران بفتحة مثلثة للسماح بالتلاعب بالحيوانات. (ط) منظر جانبي لقرص النقل المجمع بالكامل يظهر وضع الشريط المعقم ، مما يخلق ختما محكما أثناء النقل من عازل التكاثر إلى التكاثر. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: رسم تخطيطي لنظام رف isocage. (أ) رف متساوي كامل مع أقفاص مثبتة وملصق يشير إلى شاشة المراقبة لحالة منفاخ الهواء وحالة مرشح HEPA وبطارية الطوارئ. يوجد في الجانب الأيسر السفلي من الحامل فتحة مرشح HEPA على مستوى الحامل. (ب) مقياس Magnehelic المرفق يوضح الضغط الإيجابي الذي يحتفظ به الحامل. (ج) إرساء إرساء بدون مؤشر إرساء أصفر مرئي ، مما يدل على اتصال ناجح بين الحامل وفوهات الهواء. (د) فتحة فارغة في الحامل ، مع مؤشر إرساء مرئي تلقائي مرئي يشير إلى عدم وجود رف في مكانه ولا يوجد توصيل لفوهات الهواء بحاجز. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.