Animal Model of Implant-Associated Infections in Mice

Jiawei Mei; Quan Liu; Xianli Hu; Wenzhi Wang; Ruixiang Ma; Wanbo Zhu; Chen Zhu; Zheng Su

doi:10.3791/68041

النموذج الحيواني للعدوى المرتبطة بالزرع في الفئران

JoVE Journal
Immunology and Infection

This content is Free Access.

JoVE Journal Immunology and Infection

Animal Model of Implant-Associated Infections in Mice

النموذج الحيواني للعدوى المرتبطة بالزرع في الفئران

Full Text

1,085 Views

07:02 min

June 27, 2025

DOI: 10.3791/68041-v

Jiawei Mei*¹, Quan Liu*¹, Xianli Hu*¹, Wenzhi Wang*¹, Ruixiang Ma*¹, Wanbo Zhu¹, Chen Zhu¹, Zheng Su¹

¹Department of Orthopedics, Centre for Leading Medicine and Advanced Technologies of IHM, The First Affiliated Hospital of USTC, Division of Life Sciences and Medicine,University of Science and Technology of China

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study establishes a mouse model for investigating implant-associated infections through subcutaneous dorsal implantation. The model enables a thorough examination of pathophysiological mechanisms and aids in developing diagnostic criteria and targeted therapeutic strategies.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Infectious Diseases
Animal Models

Background

Implant-associated infections pose significant clinical challenges.
Existing models may lack clinical relevance and reproducibility.
A stable animal model is crucial for testing therapies and understanding immune responses.
Fluorescence imaging and transcriptomics are emerging techniques for studying bacterial behavior.

Purpose of Study

To create a reliable animal model for studying implant-associated infections.
To investigate the immune response within the infection microenvironment.
To enhance the understanding of pathophysiological mechanisms related to infections.

Methods Used

Isolation and culture of Staphylococcus aureus.
Subcutaneous dorsal implantation of titanium implants in mice.
Assessment of infection through tissue sampling and bacterial culture.
Histological examination of tissues for inflammatory responses.

Main Results

The implant-associated infection group showed sustained bacterial growth.
Histological analysis revealed persistent inflammation in the infection group.
Subcutaneous abscesses showed more pronounced recovery compared to implant infections.
Scanning electron microscopy indicated dense bacterial coverage on implants.

Conclusions

The established model is safe and reproducible for studying infections.
It provides insights into the pathophysiology of implant-associated infections.
This model can facilitate the development of targeted therapies.

Frequently Asked Questions

What is the significance of the animal model?

The model allows for reliable testing of therapies and understanding of immune responses in a controlled environment.

How does this model compare to existing models?

It offers enhanced clinical relevance and reproducibility, making it superior to traditional subcutaneous abscess models.

What techniques are used to analyze bacterial behavior?

Techniques such as fluorescence imaging and electron microscopy are employed to study bacterial life cycles.

What were the main findings regarding bacterial growth?

The implant-associated infection group maintained high bacterial growth, while the subcutaneous abscess group showed a reduction over time.

What histological changes were observed?

Inflammatory cell infiltration decreased significantly in the subcutaneous abscess group, while it persisted in the implant group.

What is the potential impact of this research?

It could lead to improved diagnostic criteria and targeted therapeutic strategies for implant-associated infections.

يصف البروتوكول الحالي نموذجا للفأر يستخدم الزرع الظهري تحت الجلد للتحقيق في الالتهابات المرتبطة بالزرع ، مما يتيح التحقيق الشامل للآليات الفيزيولوجية المرضية ودعم تطوير معايير التشخيص مع استراتيجيات علاجية مستهدفة.

يوفر لنا إنشاء نموذج حيواني مستقر منصات موثوقة لاختبار علاجات العدوى المرتبطة بالزرع أثناء التحقيق في الإحصائيات المرضية والاستجابة المناعية داخل البيئة المكروية للعدوى. في معركة علاج PGI ، توفر التقنيات الناشئة ، مثل التصوير الفلوري ، والمجهر الإلكتروني ، وعلم النسخ ، خيارا قويا للتحقيق في دورات الحياة ومستقبل البكتيريا في PGI. ومع ذلك ، نحتاج أولا إلى إنشاء نموذج حيواني PGI عالي الجودة وقابل للتكرار.

يتمثل التحدي الآن في بناء نموذج مستقر وقابل للتكرار يحاكي البيئة المكروية المعقدة في الجسم الحي ، وهو واقع سريري للعدوى المرتبطة بالزرع. متفوقة على نماذج الخراج تحت الجلد ، توفر نماذج العدوى المرتبطة بالزرع أهمية سريرية محسنة ، وتحافظ على العدوى ، وتحسن قابلية التكاثر ، وسلامة بيولوجية أكبر. طريقة النمذجة هذه آمنة وموثوقة للغاية ، وتعطينا تحقيقا شاملا في آليات الفيزيولوجيا المرضية ، وتثير تطوير معايير التشخيص مع امتدادات علاجية مستهدفة.

للبدء ، احصل على مزارع المكورات العنقودية الذهبية. قم بإزالة حلقة من المزرعة بحلقة تلقيح ، وقم بربط المعلق على صفيحة أجار الدم ، واحتضنها. حدد مستعمرة مستقلة واحدة ومستديرة وسلسة مع تصبغ أصفر ذهبي ومنطقة انحلال دموي واضحة.

باستخدام حلقة معقمة ، قم بتلقيحها في أنبوب طرد مركزي معقم سعة 15 مل يحتوي على خمسة ملليلتر من مرق الصويا التربتيكي المعقم. ضع الأنبوب في حاضنة اهتزاز مضبوطة على 37 درجة مئوية ورج بمعدل 200 دورة في الدقيقة لمدة 12 ساعة. خفف المعلق البكتيري بمرق الصويا التربتيكي بنسبة واحد إلى 50 واحتضن مرة أخرى.

بعد ذلك ، استخدم مقياس الطيف الضوئي لقياس وتسجيل الكثافة البصرية عند 600 نانومتر للتأكد من وصول البكتيريا إلى مرحلة النمو اللوغاريتمي. بعد ذلك ، قم بسحب ثلاثة ملليلتر من المعلق البكتيري في أنبوب. امزجه مع ثلاثة ملليلتر من PBS المعقمة الباردة.

قم بالطرد المركزي للخليط على حرارة 3000 جم لمدة 10 دقائق عند أربع درجات مئوية. باستخدام ماصة ، تخلص من المادة الطافية وأعد تعليق الحبيبات البكتيرية برفق في PBS. أعد تعليق الحبيبات البكتيرية المغسولة في برنامج تلفزيوني لمزيد من التجارب.

قسم بشكل عشوائي 20 فأرا من النوع البري C57BL bar 6J إلى مجموعتين من مجموعة العدوى المرتبطة بالزرع ومجموعة الخراج تحت الجلد. قم بتطبيق علامات أذن مميزة على كل ماوس لتحديد الهوية الفردية. بعد تخدير وتحضير جلد ، استخدم شفرات جراحية معقمة لعمل شق بطول سنتيمتر واحد في المنطقة الظهرية لكل فأر.

ثم أدخل غرسة من التيتانيوم المعقمة في الجيب تحت الجلد الناتج عن الشق. الآن ، استخدم حقنة معقمة سعة ملليلتر واحد لحقن 100 ميكرولتر من المعلق البكتيري المكورات العنقودية الذهبية مباشرة على سطح التيتانيوم. بالنسبة لمجموعة الخراج تحت الجلد ، قم بإنشاء الشق وتطهيره وخياطة الشق مباشرة دون إدخال الزرع.

حقن 100 ميكرولتر من معلق المكورات العنقودية الذهبية في موقع الشق باستخدام حقنة معقمة سعة ملليلتر واحد. لتقييم العدوى في الأنسجة الطرفية ، ضع عينة الأنسجة المحصودة في أنبوب معقم. أضف كتلة متساوية من PBS المعقمة وثلاث حبات طحن فولاذية معقمة لكل أنبوب.

قم بتجانس الأنسجة في ثلاث دورات بسرعة 70 هرتز لمدة 60 ثانية لكل منها مع توقف مؤقت لمدة 20 ثانية بين الدورات. بعد التجانس ، قم بتدوير العينات لمدة خمس دقائق. الآن ، قم بإعداد التخفيفات التسلسلية لتجانس الأنسجة مع PBS.

باستخدام الماصة الدقيقة ، قم بإسقاط 15 ميكرولتر من كل متجانس مخفف على أقسام معينة من ألواح أجار الدم. ثم احتضان ألواح أجار الدم على حرارة 37 درجة مئوية دون اهتزاز لمدة 24 ساعة. أصيبت مجموعة العدوى المرتبطة بالزرع بتمزق مرئي في الجرح بحلول اليوم الثالث.

في اليوم العاشر ، أظهرت كلتا المجموعتين من الفئران علامات تعافي الجرح ، حيث أظهرت مجموعة الخراج تحت الجلد تعافيا أكثر وضوحا من مجموعة العدوى المرتبطة بالزرع في اليوم 14. أظهرت المزارع البكتيرية من الأنسجة المصابة نموا بكتيريا مرتفعا مستداما في مجموعة العدوى المرتبطة بالزرع في جميع النقاط الزمنية ، بينما أظهرت مجموعة الخراج تحت الجلد انخفاضا تدريجيا في المستعمرات البكتيرية من اليوم الثالث إلى اليوم 14. أظهر المجهر الإلكتروني الماسح تغطية بكتيرية كثيفة بشكل متزايد على صفائح التيتانيوم في مجموعة العدوى المرتبطة بالزرع من اليوم الثالث إلى اليوم 14.

كشف تلطيخ Giemsa عن انخفاض ملحوظ في البكتيريا في مجموعة الخراج تحت الجلد بحلول اليوم 14 ، بينما احتفظت مجموعة العدوى المرتبطة بالزرع بوجود بكتيري مرتفع طوال الفترة. أظهر تلطيخ الهيماتوكسيلين والأيوزين أن تسلل الخلايا الالتهابية في مجموعة الخراج تحت الجلد تضاءل بشكل ملحوظ بحلول اليوم 14 ، بينما أظهرت مجموعة العدوى المرتبطة بالزرع تسللا خلويا كثيفا باستمرار. أظهر الفحص النسيجي لأنسجة القلب والكبد والطحال والرئة والكلى عدم وجود آفات أو تشوهات مرئية في مجموعة العدوى المرتبطة بالزرع مقارنة بالمجموعة الضابطة.