Name: 小鼠植入物相关感染的动物模型 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-06-27T14:50:00.000+00:00
Duration: 7 min 2 s
Description: 了解小鼠植入物相关感染的动物模型构建方法，通过皮下背部植入钛合金材料建立稳定可重复的感染模型。该模型有助于研究金黄色葡萄球菌感染的病理生理机制及免疫反应，为开发靶向治疗策略提供可靠平台。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

作者感谢以下基金的支持：国家自然科学基金（82572779 至 Z.S.，82102586 至 Z.S.，82272512 至 C.Z.，82472463 至 C.Z.）、安徽省卫生健康委科研项目（AHWJ2024Aa20445 至 Z.S.，AHWJ2024Aa10144 至 C.Z.）、安徽省自然科学基金杰出青年项目（2108085J40 至 C.Z.）、安徽省重点研究与开发计划——临床医学研究转化专项（202304295107020020 至 C.Z.）、中国博士后科学基金（2020M671893 至 Z.S.）、中央高校基本科研业务费专项资金（WK9110000155 至 Z.S.，YD9110002053 至 C.Z.）、安徽省科研编制项目（2022AH051251 至 Z.S.，2022AH010076 至 C.Z.），以及中国科学院合肥物质科学研究院先进医学与健康技术中心研究基金（2023IHM01070 至 C.Z.，2023IHM01074 至 C.Z.）。我们还感谢中国科学技术大学附属第一医院（安徽省立医院）医学科学中心公共实验平台提供的支持。本研究部分在中国科学技术大学物理科学仪器中心完成。同时感谢合肥综合性国家科学中心健康与医学研究所公共实验平台生物安全二级实验室提供的支持。

所有动物实验程序均经合肥综合性国家科学中心健康与医学研究所机构动物护理与使用委员会批准（批准编号：IHM-AP-2024-080）。实验所用小鼠均为6周龄、体重20–30 g的雄性C57BL/6J小鼠，SPF（特定病原体-free）级。小鼠按每笼5只进行饲养，可自由摄食和饮水。饲养环境温度维持在22–26 °C，相对湿度50–60%，光照周期为12小时明暗循环（光照：上午7:00–晚上7:00；黑暗：晚上7:00–次日早上7:00）。本研究中所用试剂与设备的详细信息列于 材料表.
1. 皮下植入物相关感染的细菌制备
<ol>
	<li>从 -80 °C 保存管中取出一环（10 µL）金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus，ATCC 43300）培养物。使用划线接种法将菌液划线接种至血琼脂平板上。在 37 °C 有氧条件下静置培养 24 小时。 
	注意：允许采用三区或四区划线法，前提是起始区和终止区保持非融合状态。区间的划线操作需更换新的接种环。应执行平行且等距的划线，以促进微生物均匀分布。必须严格遵守无菌操作规程，防止交叉污染。</li>
	<li>观察典型 S. aureus 菌落的形态及透明溶血环的存在情况。 
	注意：典型菌落形态包括金黄色色素、圆形轮廓和光滑表面。直径至少为 2 mm 的透明区域被视为 β-溶血阳性。</li>
	<li>进行革兰染色和微生物质谱分析，以确认 S. aureus 的身份。 
	注意：菌株鉴定应由研究人员依据既定的筛选标准进行。</li>
	<li>选取一个独立的典型菌落（如步骤 1.2 所述），接种至含有 5 mL 无菌胰蛋白胨大豆肉汤（TSB）的 15 mL 无菌离心管中。在 37 °C、200 rpm 振荡条件下培养 12 小时。</li>
	<li>将步骤 1.4 得到的细菌悬液按 1:50 比例用 TSB 稀释。在 37 °C、200 rpm 振荡条件下继续培养。</li>
	<li>使用分光光度计监测并记录 600 nm 处的光密度（OD），以确定对数生长期。</li>
	<li>采用涂布平板法（参见步骤 4.1.7–4.1.10）建立 OD600 值与每毫升菌落形成单位（CFU/mL）之间的相关性。 
	注意：本实验中理想的 OD600 范围为 0.700–0.750，对应约 4 × 105 CFU/mL。确定 OD600 与 CFU/mL 之间的关系可确保实验的准确性。</li>
	<li>将 3 mL 细菌悬液（来自步骤 1.7，浓度为 4 × 105 CFU/mL）与 3 mL 冷的无菌磷酸盐缓冲液（PBS）按 1:1 混合稀释。在 4 °C 条件下以 3,000 × g 离心 10 分钟，弃上清后重悬菌体沉淀。最终细菌浓度为 2 × 105 CFU/mL。 
	注意：1:1 的比例可在有效稀释培养基杂质的同时维持细胞完整性和渗透稳定性。该比例有助于高效清洗，同时最小化因渗透压变化导致的细胞损伤，并促进离心过程中形成均匀的细胞沉淀，这对后续实验处理至关重要。</li>
	<li>重复步骤 1.8 两次。</li>
	<li>将细菌沉淀用 PBS 重悬，用于后续实验。</li>
</ol>
2. 小鼠与植入物准备
<ol>
	<li>将20只C57BL/6J野生型小鼠随机分为两组（每组10只小鼠）：植入物相关感染组和皮下脓肿组29。 
	注：每组小鼠应分别饲养在两个独立通风笼具（IVC）中，每笼5只小鼠。</li>
	<li>对每只小鼠进行尾部标记以用于识别。 
	注：建议使用耳标进行小鼠识别，以防止尾部标记褪色。</li>
	<li>将圆形钛板（TA1，直径1 cm，厚度0.5 mm）在121 °C、0.1 MPa条件下高压灭菌30分钟。</li>
</ol>
3. 动物手术
<ol>
	<li>将小鼠置于异氟烷（2%）气体诱导室中，使用通用动物气体麻醉剂进行麻醉诱导，持续约5分钟（遵循机构批准的实验方案）。</li>
	<li>监测呼吸以确保适当的麻醉深度。 
	注意：呼吸应规律，且比清醒时更缓慢，不应因有害刺激（如手术操作或捏脚趾）而发生变化。</li>
	<li>使用鼻罩输送系统，通过持续吸入2%异氟烷和2 L/min的氧气流量维持麻醉（图1A). 
	注意：所有操作均需在麻醉状态下进行，以防止动物因应激而挣扎，并确保符合动物福利法规。</li>
	<li>将麻醉后的小鼠转移至生物安全柜的准备区域。 
	注意：将生物安全柜划分为三个区域：准备区、消毒区和操作区。每个区域内放置无菌一次性垫巾。所有操作均应在安全柜内进行，以维持无菌条件。</li>
	<li>剃除背部毛发（3 cm × 4 cm 区域），涂抹脱毛膏约 1 分钟。</li>
	<li>用碘溶液和75%乙醇对皮肤消毒三次（图1B).</li>
	<li>使用无菌手术刀在背部区域做一个约1厘米的切口。将无菌钛植入物（按步骤2.3制备）插入皮下囊袋中图1D). 
	注意：使用无菌镊子提起切口远端的皮肤，以形成皮下囊袋。</li>
	<li>注射 100 µL S. aureus 细菌悬液（2 × 105 CFU/mL）用1 mL无菌注射器直接滴加到钛表面图1E).</li>
	<li>用75%乙醇对皮肤进行消毒，并使用3-0不可吸收缝线缝合切口（图1F). 
	注意：缝合线尺寸的选择（3-0、4-0、5-0 或 6-0）应与小鼠的体型相匹配。</li>
	<li>对于皮下脓肿组，直接创建切口、消毒并缝合，不植入任何植入物。</li>
	<li>注射 100 µL S. aureus 悬液（2 × 105 CFU/mL 通过 使用无菌的1 mL注射器进行切口。 
	注意：在整个给药过程中保持持续的低速注射，以减缓液体积聚速度，并防止细菌悬液渗漏。</li>
	<li>在将动物转移至新的独立通气笼（IVCs）之前，需持续监测其呼吸功能，直至自主呼吸恢复。</li>
	<li>皮下注射美洛昔康（0.02 mL/10 g/天），连续给药三天，以缓解术后疼痛。</li>
	<li>确保所有小鼠均能完全负重于四肢，活动不受限制，并可自由获取食物和水。 
	注意：将所有处理过的小鼠饲养在新的独立通气笼（IVC）中，以防止与未处理的小鼠或旧的IVC发生交叉污染。</li>
</ol>
4. 术后观察与评估
<ol>
	<li>外周组织感染的评估
	<ol>
		<li>每天观察每只小鼠背部切口的状况，并在第1、3、5、7、10和14天记录观察结果。 
		注意：需监测植入物是否发生移位；一旦发现，应立即取出植入物，以便后续进行扫描电子显微镜（SEM）分析。</li>
		<li>处死小鼠 通过 CO2 窒息后颈椎脱位法于第3、7和14天处死动物。收集植入物及周围组织用于进一步分析（图2).</li>
		<li>剃除背部毛发，使用碘伏和75%乙醇消毒皮肤三次，然后进行组织采集。 
		注意：剃除背部毛发并消毒伤口表面可最大限度减少表面细菌的污染。</li>
		<li>使用无菌手术剪，在植入物或伤口周围0.5 cm范围内切除皮肤、皮下组织和肌肉。 
		注意：采集组织样本时不限制大小，以最大化得率。用无菌磷酸盐缓冲液（PBS）按等质量比例称重并匀浆每个样本，以保持一致的克/毫升（g/mL）单位。将每个组织样本沿纵轴均分为近端和远端两部分，近端用于细菌定量，远端用于组织病理学评估。</li>
		<li>将收获的组织放入无菌管中。向每根管中加入与组织等质量的无菌 PBS 和三颗无菌钢珠。</li>
		<li>将组织在三个循环中进行匀浆（70 Hz，研磨时间60 s，暂停时间20 s），然后涡旋振荡5 min。</li>
		<li>用PBS对匀浆液（来自步骤4.1.6）进行系列稀释，稀释比例从10⁻¹开始1 至 105.</li>
		<li>将每种稀释后的匀浆液各取15 µL滴加到血琼脂平板的指定区域。</li>
		<li>将培养板在37 °C下静置培养24 h。 
		注意：将每个血琼脂平板均分为六个相等的区域，并将梯度稀释液分别接种至相应区域。</li>
		<li>使用数码相机记录细菌菌落，并进行人工计数。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>观察 S. aureus 在植入物上
	<ol>
		<li>在第3、7和14天，使用无菌剪刀和镊子取出植入物。</li>
		<li>将植入物浸入4 °C的2.5%戊二醛中固定48 h。</li>
		<li>用无菌 PBS 冲洗植入物三次，然后依次使用 50%、70%、80%、90% 和 100% 的乙醇溶液进行脱水，每种浓度各 10 分钟。</li>
		<li>在冷冻干燥机中，于 -85 °C 下对植入物进行冷冻干燥，真空压力维持在 20 Pa 以下。</li>
		<li>使用导电胶带将植入物固定在样品台上，并镀上10 nm厚的金层。</li>
		<li>在高真空和1.5 kV条件下，使用扫描电镜观察样品。根据需要将放大倍数调整至至少2500×。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>外周组织的病理学分析
	<ol>
		<li>在第3、7和14天，对皮肤进行消毒后，使用无菌剪刀采集外周组织或主要器官。</li>
		<li>将收集的组织置于4%多聚甲醛中，4 °C下固定48 h。</li>
		<li>将组织依次浸入梯度乙醇溶液（50%、70%、80%、90%、100%）中脱水，每种浓度各15分钟。</li>
		<li>将脱水组织包埋于石蜡中，并用切片机切成4 µm切片。</li>
		<li>用苏木精和伊红（H&E）对切片进行染色&amp;#38;E) 或采用标准方案进行吉姆萨染色30.</li>
		<li>使用组织细胞定量分析系统观察染色切片。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Calabro, L., Lutton, C., Din, A. F. S. E., Richards, R. G., Moriarty, T. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCalabro%2C+L+%22Biomaterials+Associated+Infection%3A+Immunological+Aspects+and+Antimicrobial+Strategies%22">Biomaterials Associated Infection: Immunological Aspects and Antimicrobial Strategies</a>. Moriarty, T. F., Zaat, S. A. J., Busscher, H. J. , Springer. New York. 273-304 (2013).</li>
<li>Shiels, S. M., Bedigrew, K. M., Wenke, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+hematogenous+implant-related+infection+in+a+rat+model%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Musculoskel+Disord%22%5BJournal%5D)">Development of a hematogenous implant-related infection in a rat model.</a> BMC Musculoskel Disord. 16 (1), 255(2015).</li>
<li>Su, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioresponsive+nano-antibacterials+for+H2S-sensitized+hyperthermia+and+immunomodulation+against+refractory+implant-related+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Adv%22%5BJournal%5D)">Bioresponsive nano-antibacterials for H2S-sensitized hyperthermia and immunomodulation against refractory implant-related infections.</a> Sci Adv. 8 (14), eabn1701(2022).</li>
<li>Dong, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Honeycomb-inspired+ZIF-sealed+interface+enhances+osseointegration+via+anti-infection+and+osteoimmunomodulation%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Honeycomb-inspired ZIF-sealed interface enhances osseointegration via anti-infection and osteoimmunomodulation.</a> Biomaterials. 307, 122515(2024).</li>
<li>Mei, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofilm+microenvironment-responsive+self-assembly+nanoreactors+for+all-stage+biofilm-associated+infection+through+bacterial+cuproptosis-like+death+and+macrophage+re-rousing%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Biofilm microenvironment-responsive self-assembly nanoreactors for all-stage biofilm-associated infection through bacterial cuproptosis-like death and macrophage re-rousing.</a> Adv Mater. 35, 2303432(2023).</li>
<li>Zhang, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+enzymatic+and+metal-organic+framework+system+to+prevent+biofilm+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Rep+Phys+Sci%22%5BJournal%5D)">An enzymatic and metal-organic framework system to prevent biofilm infections.</a> Cell Rep Phys Sci. 6, 102468(2025).</li>
<li>Su, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enzymatic+bionanocatalysts+for+combating+peri-implant+biofilm+infections+by+specific+heat-amplified+chemodynamic+therapy+and+innate+immunomodulation%5BTitle%5D)+AND+%22Drug+Resist+Updates%22%5BJournal%5D)">Enzymatic bionanocatalysts for combating peri-implant biofilm infections by specific heat-amplified chemodynamic therapy and innate immunomodulation.</a> Drug Resist Updates. 67, 100917(2023).</li>
<li>Li, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofilm+homeostasis+interference+therapy+via+1O2-sensitized+hyperthermia+and+immune+microenvironment+re-rousing+for+biofilm-associated+infections+elimination%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Biofilm homeostasis interference therapy via 1O2-sensitized hyperthermia and immune microenvironment re-rousing for biofilm-associated infections elimination.</a> Small. 19, 2300592(2023).</li>
<li>Conn, P. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aConn%2C+PM+%22Animal+Models+for+the+Study+of+Human+Disease%22">Animal Models for the Study of Human Disease</a>. , Academic Press. (2017).</li>
<li>Stavrakis, A. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combination+prophylactic+therapy+with+rifampin+increases+efficacy+against+an+experimental+Staphylococcus+epidermidis+subcutaneous+implant-related+infection%5BTitle%5D)+AND+%22Antimicrob+Agents+Chemother%22%5BJournal%5D)">Combination prophylactic therapy with rifampin increases efficacy against an experimental Staphylococcus epidermidis subcutaneous implant-related infection.</a> Antimicrob Agents Chemother. 58 (4), 2377-2386 (2014).</li>
<li>Su, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biodegradable+oxygen-evolving+metalloantibiotics+for+spatiotemporal+sono-metalloimmunotherapy+against+orthopedic+biofilm+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Biodegradable oxygen-evolving metalloantibiotics for spatiotemporal sono-metalloimmunotherapy against orthopedic biofilm infections.</a> Nat Commun. 15, 8058(2024).</li>
<li>Yang, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver-quercetin-loaded+honeycomb-like+Ti-based+interface+combats+infection-triggered+excessive+inflammation+via+specific+bactericidal+and+macrophage+reprogramming%5BTitle%5D)+AND+%22Bioact+Mater%22%5BJournal%5D)">Silver-quercetin-loaded honeycomb-like Ti-based interface combats infection-triggered excessive inflammation via specific bactericidal and macrophage reprogramming.</a> Bioact Mater. 43, 48-66 (2025).</li>
<li>Kahl, B. C., Becker, K., Löffler, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clinical+significance+and+pathogenesis+of+Staphylococcal+small+colony+variants+in+persistent+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Microbiol+Rev%22%5BJournal%5D)">Clinical significance and pathogenesis of Staphylococcal small colony variants in persistent infections.</a> Clin Microbiol Rev. 29 (2), 401-427 (2016).</li>
<li>Gong, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-functional+bio-HJzyme+engineered+polyetheretherketone+implant+with+cascade-amplification+therapeutic+capabilities+toward+intractable+implant-associated+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Multi-functional bio-HJzyme engineered polyetheretherketone implant with cascade-amplification therapeutic capabilities toward intractable implant-associated infections.</a> Small. 21 (7), 2409437(2025).</li>
<li>Arciola, C. R., Campoccia, D., Montanaro, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implant+infections%3A+adhesion%2C+biofilm+formation+and+immune+evasion%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Implant infections: adhesion, biofilm formation and immune evasion.</a> Nat Rev Microbiol. 16 (7), 397-409 (2018).</li>
<li>Qin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prospects+and+challenges+for+the+application+of+tissue+engineering+technologies+in+the+treatment+of+bone+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Bone+Res%22%5BJournal%5D)">Prospects and challenges for the application of tissue engineering technologies in the treatment of bone infections.</a> Bone Res. 12, 28(2024).</li>
<li>Luo, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+bacterial+cuproptosis-like+death+via+reversal+of+hypoxia+microenvironment+for+biofilm+infection+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Sci%22%5BJournal%5D)">Enhanced bacterial cuproptosis-like death via reversal of hypoxia microenvironment for biofilm infection treatment.</a> Adv Sci. 11 (19), 2308850(2024).</li>
<li>Ding, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofilm+microenvironment+activated+antibiotic+adjuvant+for+implant-associated+infections+by+systematic+iron+metabolism+interference%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Sci%22%5BJournal%5D)">Biofilm microenvironment activated antibiotic adjuvant for implant-associated infections by systematic iron metabolism interference.</a> Adv Sci. 11 (17), 2400862(2024).</li>
<li>Cheng, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofilm+heterogeneity-adaptive+photoredox+catalysis+enables+red+light-triggered+nitric+oxide+release+for+combating+drug-resistant+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Biofilm heterogeneity-adaptive photoredox catalysis enables red light-triggered nitric oxide release for combating drug-resistant infections.</a> Nat Commun. 14, 7510(2023).</li>
<li>Zhu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photothermal+nanozyme-based+microneedle+patch+against+refractory+bacterial+biofilm+infection+via+iron-actuated+Janus+ion+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mater%22%5BJournal%5D)">Photothermal nanozyme-based microneedle patch against refractory bacterial biofilm infection via iron-actuated Janus ion therapy.</a> Adv Mater. 34, 2207961(2022).</li>
<li>Shen, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overcoming+the+oxygen+dilemma+in+photoredox+catalysis%3A+Near-infrared+%28NIR%29+light-triggered+peroxynitrite+generation+for+antibacterial+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed%22%5BJournal%5D)">Overcoming the oxygen dilemma in photoredox catalysis: Near-infrared (NIR) light-triggered peroxynitrite generation for antibacterial applications.</a> Angew Chem Int Ed. 135, e202219153(2023).</li>
<li>Sun, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+delivery+of+gaseous+signaling+molecules+for+orthopedic+disease+therapy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nanobiotechnol%22%5BJournal%5D)">Local delivery of gaseous signaling molecules for orthopedic disease therapy.</a> J Nanobiotechnol. 21 (1), 58(2023).</li>
<li>Liu, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-fat+actuated+lipometabolic+reprogramming+of+macrophages+for+intracellular+infections+in+biofilm+microenvironment%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Nano-fat actuated lipometabolic reprogramming of macrophages for intracellular infections in biofilm microenvironment.</a> Adv Funct Mater. 34, 2405852(2024).</li>
<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeted+modulation+and+enhancement+of+macrophages+via+sonodynamic+therapy-driven+cupferroptosis-like+stress+for+implant-associated+biofilm+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Today%22%5BJournal%5D)">Targeted modulation and enhancement of macrophages via sonodynamic therapy-driven cupferroptosis-like stress for implant-associated biofilm infections.</a> Nano Today. 54, 102092(2024).</li>
<li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Balancing+bioresponsive+biofilm+eradication+and+guided+tissue+repair+via+pro-efferocytosis+and+bidirectional+pyroptosis+regulation+during+implant+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Balancing bioresponsive biofilm eradication and guided tissue repair via pro-efferocytosis and bidirectional pyroptosis regulation during implant surgery.</a> ACS Nano. 18 (20), 13196-13213 (2024).</li>
<li>Xu, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoadjuvant-triggered+STING+activation+evokes+systemic+immunotherapy+for+repetitive+implant-related+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Bioact+Mater%22%5BJournal%5D)">Nanoadjuvant-triggered STING activation evokes systemic immunotherapy for repetitive implant-related infections.</a> Bioact Mater. 35, 82-98 (2024).</li>
<li>Hu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomimetic+metal-organic+framework+combats+biofilm-associated+infections+via+hyperthermia-enhanced+bacterial+metabolic+interference+and+autophagy-promoted+adaptive+immunity%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Biomimetic metal-organic framework combats biofilm-associated infections via hyperthermia-enhanced bacterial metabolic interference and autophagy-promoted adaptive immunity.</a> Adv Funct Mater. 34, 2310509(2024).</li>
<li>Wang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biofunctional+magnesium+coating+of+implant+materials+by+physical+vapour+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Biomater+Transl%22%5BJournal%5D)">Biofunctional magnesium coating of implant materials by physical vapour deposition.</a> Biomater Transl. 2 (3), 248-256 (2021).</li>
<li>Tseng, C. W., Sanchez-Martinez, M., Arruda, A., Liu, G. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subcutaneous+infection+of+methicillin-resistant+Staphylococcus+aureus+%28MRSA%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Subcutaneous infection of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).</a> J Vis Exp. (48), e2528(2011).</li>
<li>Feldman, A. T., Wolfe, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFeldman%2C+AT+%22Histopathology%3A+Methods+and+Protocols%22">Histopathology: Methods and Protocols</a>. Day, C. E. , Springer. New York. 31-43 (2014).</li>
<li>Mestas, J., Hughes, C. C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Of+mice+and+not+men%3A+Differences+between+mouse+and+human+immunology%5BTitle%5D)+AND+%22J+Immunol%22%5BJournal%5D)">Of mice and not men: Differences between mouse and human immunology.</a> J Immunol. 172 (5), 2731-2738 (2004).</li>
<li>Lee, S. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+microbes+read+the+map%3A+Effects+of+implant+topography+on+bacterial+adhesion+and+biofilm+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">How microbes read the map: Effects of implant topography on bacterial adhesion and biofilm formation.</a> Biomaterials. 268, 120595(2021).</li>
<li>Zhang, L. -j, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+loss+of+innate+immune+antimicrobial+function+of+dermal+fat+is+mediated+by+transforming+growth+factor+beta%5BTitle%5D)+AND+%22Immunity%22%5BJournal%5D)">Age-related loss of innate immune antimicrobial function of dermal fat is mediated by transforming growth factor beta.</a> Immunity. 50 (1), 121-136.e5 (2019).</li>
<li>Zhang, L. -j, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diet-induced+obesity+promotes+infection+by+impairment+of+the+innate+antimicrobial+defense+function+of+dermal+adipocyte+progenitors%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Transl+Med%22%5BJournal%5D)">Diet-induced obesity promotes infection by impairment of the innate antimicrobial defense function of dermal adipocyte progenitors.</a> Sci Transl Med. 13 (577), eabb5280(2021).</li>
<li>Carli, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developing+a+clinically+representative+model+of+periprosthetic+joint+infection%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Joint+Surg+Am%22%5BJournal%5D)">Developing a clinically representative model of periprosthetic joint infection.</a> J Bone Joint Surg Am. 98 (19), 1666-1676 (2016).</li>
<li>Li, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+analysis+of+the+effects+of+cyclophosphamide+and+dexamethasone+on+intestinal+immunity+and+microbiota+in+delayed+hypersensitivity+mice%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+ONE%22%5BJournal%5D)">Comparative analysis of the effects of cyclophosphamide and dexamethasone on intestinal immunity and microbiota in delayed hypersensitivity mice.</a> PLOS ONE. 19 (10), e0312147(2024).</li>
<li>Thanabalasuriar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neutrophil+extracellular+traps+confine+Pseudomonas+aeruginosa+ocular+biofilms+and+restrict+brain+invasion%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Host+Microbe%22%5BJournal%5D)">Neutrophil extracellular traps confine Pseudomonas aeruginosa ocular biofilms and restrict brain invasion.</a> Cell Host Microbe. 25 (4), 526-536.e4 (2019).</li>
<li>Tseng, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Subcutaneous+infection+of+methicillin-resistant+Staphylococcus+aureus+%28MRSA%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Subcutaneous infection of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).</a> J Vis Exp. (48), e2528(2011).</li>
<li>Yang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+periprosthetic+joint+Candida+albicans+infection+model+in+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">A periprosthetic joint Candida albicans infection model in mouse.</a> J Vis Exp. (204), e65263(2024).</li>
<li>Kelley, B. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+mouse+model+of+spinal+implant+infection%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">In vivo mouse model of spinal implant infection.</a> J Vis Exp. (160), e60560(2020).</li>
<li>Greig, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Platelet+deficiency+represents+a+modifiable+risk+factor+for+periprosthetic+joint+infection+in+a+preclinical+mouse+model%5BTitle%5D)+AND+%22J+Bone+Joint+Surg+Am%22%5BJournal%5D)">Platelet deficiency represents a modifiable risk factor for periprosthetic joint infection in a preclinical mouse model.</a> J Bone Joint Surg Am. 103 (11), 1016-1025 (2021).</li>
</ol>

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

与所有动物模型一样，小鼠和人类免疫反应之间固有的免疫学差异31使得在将研究结果向临床转化时需谨慎解读。植入物感染模型是一种受控的模拟实验，无法完全重现临床情况的复杂性。此外，临床生物材料的异质性（例如成分差异）可能显著影响细菌的致病过程，而这一参数在本实验条件下已被标准化32。
尽管小鼠模型在初步研究中具有实用优势，但其转化应用的局限性必须加以重视。采用老龄（18月龄）或遗传性肥胖动物模型，可更好地模拟最容易发生植入物相关感染患者的代谢和免疫状态33,34。此外，可控的机械负荷范式有助于弥合静态植入物模型与动态关节环境之间的差距35。
目前的皮下植入物相关感染模型虽然在研究早期生物膜形成方面具有应用价值，但存在若干技术挑战，值得讨论。关于感染率的变异性，从自发清除到失控性播散的观察范围可能反映了宿主免疫反应的异质性。为解决这一问题，术前使用免疫抑制剂处理（例如地塞米松或环磷酰胺）可更好地模拟典型植入物相关感染患者（尤其是糖尿病或高龄患者）所具有的免疫功能受损状态36。此外，在手术过程中通过短暂的血管阻断造成局部缺血条件，可创造短暂的低氧微环境，有利于微生物黏附，从而促进更稳定的细菌定植。
生物膜可视化中的技术挑战，尤其是传统扫描电镜处理过程中对脆弱胞外基质的破坏，迫切需要方法学上的改进。采用临界点干燥技术相较于标准冷冻干燥方法，能更有效地保持结构完整性。互补性方法如结合荧光凝集素染色的共聚焦显微镜技术，可在无需脱水处理的情况下实现生物膜的三维表征，从而避免脱水步骤引入的人工假象37。
评估植入物相关感染的优势在于操作简便、成功率高以及广泛的适用性。相比之下，Ching-Wen Tseng 等人构建的皮下耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）感染模型更为简单，但不适用于植入物相关感染模型38。由39构建的小鼠假体周围关节感染模型，以及 Benjamin V. Kelley 等人构建的脊柱植入物相关感染模型更接近真实的临床情况40。然而，这些模型的植入&#160;操作过程对于新手研究人员而言需要更多的训练和实践经验。&#160;该建模方法具有高度的安全性和可靠性，能够全面探究病理生理机制，并支持建立诊断标准及开发靶向治疗策略。
展望未来，该模型系统为技术创新提供了令人期待的机遇。通过整合生物发光细菌示踪技术（利用标记lux基因的菌株），可在活体动物中对感染进展进行长期监测41。该平台特别适用于评估新型抗菌策略，包括抗生素功能化的植入物涂层。采用基因操作方法，例如靶向敲除免疫信号通路（如MyD88缺陷），有望深入揭示宿主因素在生物膜持续存在中的决定性作用。这些方法学上的进展将有望提高植入物相关感染的临床前模型的可靠性及其对临床转化的预测价值。

植入物相关感染的动物模型是连接基础研究与临床应用的重要工具1,2。这些研究结果为科学研究提供了实践支持，并推动了新型治疗和诊断方法的开发与优化，最终改善患者的预后和生活质量3,4,5,6。这些模型为长期观察提供了平台，有助于理解与植入物相关感染相关的病理生理变化7,8。例如，通过观察感染对周围组织和骨骼的影响，研究人员可以阐明感染如何导致组织损伤、骨溶解及其他并发症，从而指导临床治疗策略的改进。
成功的动物模型研究为临床试验提供了基础数据，并有助于优化治疗策略9,10。通过这些实验，研究人员可以确定最有效的剂量、治疗持续时间和给药途径，从而为临床研究提供依据11,12。此外，动物模型能够评估治疗的局限性，使得在进入人体试验前可进行必要的调整。植入物相关感染的动物模型，也称为器械相关感染模型，在研究此类感染的发生机制、检测方法及治疗策略方面具有重要价值13,14。植入物感染常发生于骨科和牙科等领域，这些领域中常使用关节置换物或骨折固定装置等器械15,16,17,18。由于植入物的存在，感染难以根除，常导致慢性炎症和组织损伤，可能影响患者康复，并需移除植入物以进行进一步治疗。
建立动物模型的目的是在受控条件下模拟植入物相关感染的发生和发展过程，从而深入探索其病理生理机制、开发新型诊断方法，并评估潜在的治疗策略19,20,21,22,23。理想的动物模型应能紧密模拟人类感染中观察到的病理特征和免疫反应，并在实验中具有稳定且可重复的表现24,25,26。常用的实验动物包括大鼠、小鼠和兔，每种模型均可根据特定研究目标进行设计，例如植入物类型、细菌菌株及感染方式的选择。利用这些模型，研究人员可监测感染的扩散过程、免疫反应以及病原体的定植行为，包括植入物表面生物膜的形成11,23,27。此外，这些模型在评估抗菌治疗手段（如抗生素、抗菌涂层和光动力疗法）对感染的控制效果方面也具有重要作用4,12,28。在动物模型中应用新型诊断方法和成像技术，也有助于提升临床实践中对植入物相关感染的早期诊断和有效管理能力。
长期目标是建立一种能够准确模拟人体内植入物相关感染的物理和生理微环境的动物模型。尽管这一研究工作具有高度复杂性、成本高昂且面临持续挑战，但开发出高度逼真的植入物相关感染动物模型，可为治疗药物和治疗策略提供关键的早期测试平台。本研究构建了小鼠植入物相关感染模型和小鼠皮下感染模型，通过比较相关指标，探讨了该动物模型与临床假体周围感染之间的匹配程度。

<table><tbody><tr><td>1% 四氧化锇溶液</td><td>任意品牌</td><td></td><td></td></tr><tr><td>2.5% 戊二醛溶液</td><td>任意品牌</td><td></td><td></td></tr><tr><td>4% 多聚甲醛溶液</td><td>任意品牌</td><td></td><td></td></tr><tr><td>75% 乙醇</td><td>任意品牌</td><td></td><td></td></tr><tr><td>全自动革兰染色系统</td><td>BIOMERIEUX</td><td>Previ Color Gram</td><td></td></tr><tr><td>生物安全柜</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>1500</td><td></td></tr><tr><td>血琼脂平板</td><td>SHIGOUYI</td><td>KLCP002</td><td></td></tr><tr><td>脱毛膏</td><td>Veet</td><td></td><td></td></tr><tr><td>冷冻干燥机</td><td>EYELA</td><td>FDU-2110</td><td></td></tr><tr><td>异氟烷</td><td>Ringpu</td><td>Isoflurane</td><td></td></tr><tr><td>低温高速离心机</td><td>SCILOGEX</td><td>CF1524R</td><td></td></tr><tr><td>微生物质谱分析&amp;nbsp;</td><td>BIOMERIEUX</td><td>VITEK MS</td><td></td></tr><tr><td>带针不可吸收缝合线</td><td>上海金环</td><td>F308</td><td></td></tr><tr><td>石蜡切片&amp;nbsp;系统</td><td>Leica</td><td></td><td></td></tr><tr><td>磷酸盐缓冲液（PBS）</td><td>Biosharp</td><td>BL302A</td><td></td></tr><tr><td>扫描电子显微镜</td><td>HITACHI</td><td>SU8010</td><td></td></tr><tr><td>小动物麻醉机</td><td>RWD</td><td>R500</td><td></td></tr><tr><td>分光光度计</td><td>菁华</td><td>721</td><td></td></tr><tr><td>叔丁醇</td><td>任意品牌</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TG 全景组织细胞定量分析系统</td><td>TissueGnostics</td><td>TISSUEFAXS PLUS</td><td></td></tr><tr><td>组织匀浆器</td><td>IKA</td><td>T10 basic ULTRA-TURRAX</td><td></td></tr><tr><td>胰蛋白胨大豆肉汤（TSB）</td><td>Solarbio</td><td>LA0110</td><td></td></tr><tr><td>垂直单门振荡培养箱</td><td>Sakezi</td><td>Esci-1020</td><td></td></tr></tbody></table>

小鼠植入物相关感染的动物模型

Animal Model of Implant-Associated Infections in Mice

植入物相关感染是一个重要的临床挑战，当致病微生物侵入人工关节、导管或起搏器等医疗植入物部位时，便可能引发此类感染。这些感染可导致严重并发症，包括植入物失效、住院时间延长以及需要额外的外科干预。为研究这些关键问题，小鼠模型为研究植入物相关感染及评估针对细菌生物膜的治疗策略提供了不可替代的平台，所得结果有望最终改善感染性植入物患者的临床预后。这些研究中常用的材料包括钛、聚乙烯和不锈钢，与临床实际使用的材料高度相似。实验设计通常包括通过手术将植入物置入动物体内，常采用皮下植入方式以模拟关节或皮肤相关感染。植入后，在植入部位接种能够形成生物膜的细菌菌株，例如Staphylococcus aureus或Escherichia coli，以启动感染过程，从而建立与人类感染病理生理过程相似的模型。研究人员已系统评估了多种抗生素治疗方案对已形成生物膜感染的疗效，采用全身性或局部给药方式。研究重点包括新型抗菌剂、破坏生物膜的化合物以及旨在增强宿主免疫应答的创新治疗策略。疗效评估包括量化植入物及其周围组织中的细菌载量，并评估治疗后生物膜厚度与密度的减少情况。临床症状学表现，如肿胀和疼痛的变化，也可作为治疗成功的附加指标。此外，小鼠模型的整体生存率和发病率可为所评估治疗手段的安全性和有效性提供关键信息。所有研究必须严格遵守伦理准则，并获得必要的机构审批，以确保研究结果可在不同实验室间可靠地重复。这种方法学上的严谨性对于验证研究结果、推动对植入物相关感染有效治疗手段的理解至关重要。

建立小鼠皮下植入物相关感染模型 通过 本研究中描述的方法（图1所有小鼠在术后3小时内状况良好，且当天饮食、睡眠和活动均恢复正常。
术后，我们持续观察两组小鼠背部的伤口区域，发现直至实验结束，植入物相关感染组的皮下脓肿范围均大于皮下脓肿组（图3）。与皮下脓肿组相比，植入物相关感染组在第3天即出现破溃，比前者提前4天。第10天时，两组小鼠均出现伤口恢复迹象，其中皮下脓肿组在第14天恢复更为明显。相比之下，植入物相关感染组的伤口尚未愈合，部分小鼠在14天内已排出钛片，提示感染程度更为严重。
为了更直观地区分两组之间感染程度的差异，我们采集了每只小鼠感染部位的组织。通过血琼脂平板分析两组感染部位组织匀浆的稀释液以测定细菌载量（图4A）。显著的是，植入物相关感染组在第7天和第14天时感染组织中的细菌量未呈现下降趋势，而皮下脓肿组在第3、7和14天时感染组织中的细菌量则持续减少（图4B）。对来自植入物相关感染组小鼠的钛片进行扫描电镜观察，进一步证实了上述结果，即在14天期间，小鼠钛片上的细菌数量逐渐增加（图5）。吉姆萨染色也显示，与第3天相比，皮下脓肿组感染组织中的细菌数量在第7天显著降低，并在第14天进一步减少；而在此期间，植入物相关感染组的细菌数量未见减少迹象（图6）。因此，在相同感染剂量下，植入物相关感染模型表现出比皮下脓肿模型更严重且更持久的感染。
对感染小鼠组织中炎性细胞浸润强度的进一步分析 通过 H&amp;E染色显示，与第3天相比，皮下脓肿组在第7天的炎性细胞浸润程度较低，到第14天时显著减少（图7）。植入物相关感染组在14天期间持续呈现高水平的炎性细胞浸润。最后，对植入物相关感染组主要器官的组织病理学分析显示，采用本研究的建模方法，所有主要器官基本正常，与正常小鼠相比，结果中未见明显的病变表现。图8这些结果表明，我们的建模方法具有高度的安全性和可靠性，适用于植入物相关感染的研究。
<img alt="小鼠手术步骤：麻醉、皮肤准备、切口、植入、感染、缝合。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68041/68041fig1.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图 1"> 
图 1：植入物相关感染模型的操作流程。 （A）通过鼻罩输送的吸入麻醉系统维持麻醉状态；插图：使用气体诱导室进行诱导麻醉。via 气体诱导室。 （B）通过剃毛和消毒手术区域进行皮肤准备。 （C）使用无菌刀片做横向背部切口。 （D）通过切口皮下植入无菌钛植入物。 （E）将细菌悬液（2 × 105 CFU/mL）接种于钛植入物表面以诱导感染。 （F）对切口部位进行消毒并缝合。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68041/68041fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="植入物相关感染示意图；扫描电镜分析、细菌定量、组织病理学。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68041/68041fig2.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图 2"> 
图 2：实验分组、样本采集及分析流程示意图。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68041/68041fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="小鼠愈合研究，皮下注射与腹腔注射，14天内的延时结果。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68041/68041fig3.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图3"> 
图3：两种模型在第1、3、5、7、10和14天切口部位的代表性图像。比例尺：1 cm。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68041/68041fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="培养皿培养物、感染生长情况；细菌数量随时间变化的图表；梯度稀释示意图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68041/68041fig4.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图 4"> 
图 4：来自外周组织的细菌载量分析。 （A）第3、7和14天涂布平板培养中细菌菌落的代表性图像。上排：皮下脓肿模型；下排：植入物相关感染模型。（B）两组中细菌载量随时间的定量变化。（C）用于细菌定量的连续稀释法示意图。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68041/68041fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="随时间变化的细菌生长、植入物感染、显微镜图像、第3天、第7天、第14天、医学研究" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68041/68041fig5.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图5"> 
图5：钛植入物表面在第3天、第7天和第14天的扫描电子显微镜（SEM）图像。 黄色球体代表S. aureus；蓝色背景为钛表面。比例尺：20 µm。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68041/68041fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="脓肿和感染在第3、7、14天的组织学；组织对细菌的反应；显微镜分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68041/68041fig6.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图6"> 
图6：两种模型在第3、7和14天外周组织的吉姆萨染色。 红色箭头指示细菌菌落。比例尺：50 µm。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68041/68041fig6large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="14天内皮下脓肿和植入部位感染进展的组织学分析。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68041/68041fig7.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="图7"> 
图7：两种模型在第3、7和14天外周组织的苏木精-伊红（H&amp;E）染色结果。 比例尺：50 µm。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68041/68041fig7large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="组织学比较示意图；心脏、肝脏、脾脏、肺、肾脏中对照组与植入物感染组的对比。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68041/68041fig8.jpg" data-altupdatedat="1762509930000" data-alt="Figure 8"> 
图8：植入物相关感染模型小鼠与健康对照小鼠在第14天主要器官的H&amp;E染色结果。 比例尺：50 µm。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68041/68041fig8large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

本实验方案描述了一种采用皮下背部植入法的小鼠模型，用于研究植入物相关感染，可对病理生理机制进行系统性分析，并有助于建立诊断标准及开发靶向治疗策略。

植入物相关感染是一种重要的临床挑战，因其发生于病原微生物侵入医疗器械植入部位时……

建立稳定的动物模型为我们提供了可靠的平台，可用于测试与植入物相关的感染疗法，同时研究感染微环境中的病理状态和免疫反应。在假体关节感染（PGI）治疗的研究中，新兴技术如荧光成像、电子显微镜和转录组学为探究细菌在PGI中的生命周期及其演变提供了强有力的手段。然而，我们首先需要建立一个高质量且可重复的PGI动物模型。目前的挑战在于构建一种稳定且可重复的模型，以模拟植入物相关感染复杂的体内微环境这一临床现实。与皮下脓肿模型相比，植入物相关感染模型具有更高的临床相关性，能够维持感染状态，提高实验的可重复性，并具备更优的生物安全性。该建模方法高度安全可靠，可全面深入地研究病理生理机制，并推动诊断标准的建立以及靶向治疗策略的发展。首先，获取金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）培养物。用接种环挑取一环培养物，将菌液划线接种于血琼脂平板上，并进行培养。挑选单个、圆形、表面光滑、呈金黄色且周围有清晰溶血环的独立菌落。用无菌接种环将其接种至含有5毫升无菌胰蛋白胨大豆肉汤的15毫升无菌离心管中。将离心管置于设定为37°C、200转/分钟的摇床培养箱中，振荡培养12小时。用胰蛋白胨大豆肉汤按1:50的比例稀释细菌悬液，再次进行培养。然后，使用分光光度计在600纳米处测定并记录光密度，以确认细菌已进入对数生长期。接着，用移液器将三毫升细菌悬液转移至一支离心管中，加入三毫升预冷的无菌PBS，混匀。在4°C条件下，以3000 G离心力离心混合物10分钟。使用移液器弃去上清液，并用PBS轻轻重悬细菌沉淀。将洗涤后的细菌沉淀用PBS重悬，用于后续实验。将20只C57BL/6J野生型小鼠随机分为两组，分别为植入物相关感染组和皮下脓肿组。为每只小鼠佩戴不同的耳标以进行个体识别。在对动物进行麻醉并完成皮肤准备后，使用无菌手术刀片在每只小鼠的背部区域做一个1厘米的切口。然后，将无菌的钛植入物插入由切口形成的皮下囊袋中。接着，使用无菌的1毫升注射器，将100微升金黄色葡萄球菌菌液直接注射到钛植入物表面。对于皮下脓肿组，直接创建切口、消毒并缝合，不进行植入物插入。使用无菌的1毫升注射器，将100微升的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）悬液注入切口部位。为评估外周组织的感染情况，将获取的组织样本放入无菌管中。向每根试管中加入与组织等质量的无菌PBS溶液和三颗无菌钢制研磨珠。以70赫兹频率进行三次匀浆，每次60秒，两次之间间隔20秒。匀浆结束后，将样品涡旋振荡5分钟。随后，用PBS对组织匀浆液进行系列稀释。使用微量移液器，将每种稀释后的匀浆液各取15微升滴加到血琼脂平板的指定区域。然后将血琼脂平板在37摄氏度下静置培养24小时。植入物相关感染组在第3天时已出现可见的伤口破裂。第10天时，两组小鼠均表现出伤口恢复的迹象，到第14天时，皮下脓肿组的恢复程度较植入物相关感染组更为明显。感染组织的细菌培养显示，植入物相关感染组在所有时间点均持续存在较高的细菌生长水平，而皮下脓肿组则从第3天至第14天细菌菌落数量呈进行性减少。扫描电子显微镜显示，植入物相关感染组中钛片表面的细菌覆盖密度从第3天到第14天逐渐增加。吉姆萨染色显示，到第14天时，皮下脓肿组的细菌数量显著减少，而植入物相关感染组在整个观察期间均保持较高的细菌存在。苏木精-伊红染色表明，皮下脓肿组的炎性细胞浸润在第14天时显著减轻，而植入物相关感染组则持续呈现密集的细胞浸润。对心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏组织的组织学检查显示，与对照组相比，植入物相关感染组未见明显的病变或异常。

animal-model-of-implant-associated-infections-in-mice

Research

科研

JoVE Journal

Immunology and Infection

免疫学与感染

该方案描述了一种新型的体内小鼠脊柱植入物感染模型，其中不锈钢克氏针植入物被生物发光的Staphylococcus aureus...

体内小鼠脊柱植入物感染模型

由危险病原体引起的假体周围关节感染（PJI）在临床骨科中较为常见。现有的动物模型无法准确模拟PJI的实际状况。本文中，我们建立了一种与白色念珠菌（Candida...

小鼠假体周围Candida albicans感染模型

我们建立了一种与C.albicans相关的导管相关性感染（CRI）小鼠模型，该模型中导管表面可形成生物膜，且C.albicans与宿主之间的相互作用与临床CRI具有良好的相关性。该模型有助于筛选针对C.albicans生物膜相关CRI的治疗方法，为临床转化奠定基础。...

小鼠导管相关性Candida albicans感染模型

本报告介绍了一种小鼠结扎线诱导种植体周围炎的实验模型。我们详细描述了所有手术步骤，包括动物的术前和术后管理、拔牙、种植体植入以及结扎线诱导的种植体周围炎的建立过程。...

小鼠结扎诱导种植体周围炎的实验模型

本方案描述了一种独特的植入物相关感染实验模型，可在单只小鼠体内于相同条件下同时孵育两个植入物与细菌。该模型还可利用优化的比较分析方法，精确评估植入物表面的生物膜形成情况，展示了评价生物材料抗菌性能的先进实验技术。...

一种用于定量评估皮下脓肿中手术植入物上生物膜形成的独特小鼠模型

本文描述了在活体动物中进行细菌感染生物发光成像的方法。通过改造病原体使其表达荧光素酶，从而实现对活体动物体内感染的光学整体成像。可利用表达荧光素酶的病原体感染动物模型，并通过生物发光成像实时观察疾病的发展过程。...

利用荧光素酶对小鼠细菌感染进行成像

本文介绍了用于检测大鼠和小鼠体内或体外寄生虫感染的各种筛查方法。将演示多种诊断检测技术，包括适用于活体动物的检测方法以及动物安乐死后使用的检测方法。文中将包含有助于识别大鼠和小鼠寄生虫的图片。...

实验室大鼠和小鼠体外及体内寄生虫的诊断

多模态成像是研究小动物模型中细菌定植的一种有价值的方法。本方案概述了用生物发光的鼠柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）感染小鼠，并利用融合三维漫射光成像断层扫描与μCT成像技术对细菌定植进行长期监测，从而生成鼠柠檬酸杆菌（C.

4D 多模态成像 鼠伤寒柠檬酸杆菌 小鼠感染

结核病和疟疾是人类中最常见的两种感染性疾病，也是热带地区贫困人群中发病和死亡的主要原因。我们建立了一个实验模型系统，用于研究小鼠经自然感染途径同时感染疟原虫和结核分枝杆菌后，疟疾-结核共感染的结果。...

一种用于研究结核病与疟疾共感染的实验模型——基于自然传播途径 结核分枝杆菌 和 疟原虫伯氏疟原虫

我们描述了利用琼脂珠方法在小鼠模型中建立持续性长期慢性Pseudomonas...

长期慢性 铜绿假单胞菌 小鼠呼吸道感染

了解小鼠植入物相关感染的动物模型构建方法，通过皮下背部植入钛合金材料建立稳定可重复的感染模型。该模型有助于研究金黄色葡萄球菌感染的病理生理机制及免疫反应，为开发靶向治疗策略提供可靠平台。

小鼠植入物相关感染的动物模型

探索更多视频