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Eine Vielzahl von medizinischen Geräten (bezeichnet als "Biomaterialien") werden zunehmend in der modernen Medizin verwendet, um wiederherstellen oder ersetzen menschlichen Körper Teile1. Die Implantation von Biomaterialien prädisponiert jedoch ein Patient zu Infektion, genannt ein Biomaterial-assoziierten Infektionen (BAI), ist eine schwere Komplikation der Implantate in der Chirurgie. Staphylococcus Aureus und Staphylococcus Epidermidis sind zwei am weitesten verbreitete Bakterienarten verantwortlich für BAI2,,3,4,5,6. Implantiert Biomaterialien Form eine Oberfläche anfällig für bakterielle Biofilmbildung. Darüber hinaus können lokale Immunantwort durch die implantierten Biomaterialien, verursachen Effizienzverluste bakterielle Clearance gestört werden. Die anfängliche Clearance von Bakterien infizieren erfolgt hauptsächlich durch die Infiltration von Neutrophilen, die stark reduzierte bakterizide Kapazitäten im Beisein eines eingefügten oder Biomaterialien7implantiert. Außerdem töten Makrophagen das Gewebe infiltrieren, nachdem der erste Zustrom von Neutrophilen die verbleibenden Bakterien phagozytieren werden aber nicht effektiv intrazellulär, durch gestörte immunen signalisieren, die eine Folge der kombinierten Anwesenheit ist Das Biomaterial und Bakterien8. So, das Vorhandensein von Biomaterialien intrazelluläre Überleben der Bakterien9,10,11,12,13 und Biofilm Formation auf den implantierten ermöglichen Biomaterialien4,14. Infolgedessen kann BAI führen zum Ausfall und müssen für den Austausch von implantierten Biomaterialien verursacht erhöhte Morbidität und Mortalität und längeren Krankenhausaufenthalt mit zusätzlichen Kosten2,15.
Eine wachsende Zahl von Anti-BAI-Strategien werden entwickelt,2,16,17. In-vivo Bewertung der Wirksamkeit dieser Strategien in relevanten Tiermodellen ist unerlässlich. Traditionelle experimentelle BAI Tiermodellen (z. B., -Maus-Modellen) sind jedoch in der Regel teuer, zeitaufwendig und daher nicht geeignet für hohen Durchsatz testen mehrere Strategien18. Aktuelle Entwicklung der Bio-optische bildgebende Verfahren basierend auf Biolumineszenz/fluoreszierend Etikettierung von Wirtszellen und Bakterien können sich für die kontinuierliche Überwachung der BAI Progression und Wirt-Pathogen/Host-Material Interaktionen in einzelne kleine Tiere wie Mäuse18,19,20,21. Aber diese Technik ist relativ komplex und noch in den Kinderschuhen, und mehrere Fragen zur quantitativen Analyse von BAI18. Zum Beispiel ist eine hohe Herausforderung-Dosis erforderlich, um bakterielle Besiedlung zu visualisieren. Darüber hinaus Licht Streuung und Adsorption von Biolumineszenz/Fluoreszenz-Signale in Geweben von Säugetieren Test, die Tiere müssen auch sein angesprochen18,19,21. Daher sind neuartige, kostengünstige Tiermodellen zulassend intravitalen Visualisierung und Quantitative Analyse im Laufe der Zeit wertvolle ergänzende Systeme für das Studium BAI in-vivo.
Zebrafisch (Embryonen) dienten als ein vielseitiges in-vivo Werkzeug für sezieren Wirt-Pathogen Interaktionen und Pathogenese der Infektion mehrere Bakterienarten wie Mykobakterien22, Pseudomonas Aeruginosa23, Escherichia coli24, Enterococcus Faecalis25und Staphylokokken26,27. Zebrafisch-Embryonen haben viele Vorteile wie optische Transparenz, eine relativ niedrige Instandhaltungskosten und Besitz des immunen Systems sehr ähnlich dem in Säugetieren28,29. Zebrafisch-Embryonen wird dadurch eine hohe Wirtschaftlichkeit, lebendigen Modellorganismus für intravitalen Visualisierung und Analyse der Infektion Fortschreiten und damit verbundenen Host Antworten28,29. Visualisierung der Zelle Verhalten in vivo, transgenen Zebrafisch Linien mit verschiedenen Arten von Immunzellen (z.B., Makrophagen und Neutrophile) und sogar mit Gewebekulturen tagged subzellulären Strukturen wurden entwickelt28 ,29. Darüber hinaus bietet die hohe Reproduktionsrate der Zebrafisch die Möglichkeit der Entwicklung von Hochdurchsatz-Testsysteme mit automatisierten Roboter-Injektion, automatisierte Fluoreszenz Quantifizierung und RNA Sequenz Analyse27, 30.
In der vorliegenden Studie hatten wir vor, ein Zebrafish Embryos Modell für Biomaterial-assoziierten Infektionen mit Fluoreszenz bildgebende Verfahren entwickeln. Zu diesem Zweck haben wir ein Verfahren um Bakterien (S. Aureus) injizieren in Anwesenheit von Biomaterial Mikrosphären in das Muskelgewebe von Zebrafisch-Embryonen entwickelt. Wir verwendeten S. Aureus RN4220 mit dem Ausdruck ihrer mCherry fluoreszierendes Protein (S. Aureus- mCherry), die gebaut wurde, wie an anderer Stelle für ein anderes S. Aureus -Stamm10,31beschrieben. Die transgenen Zebrafisch-Linie (mpeg1: FH/Kaede) Kaede grünes fluoreszierendes Protein in der Makrophagen32 und blau fluoreszierenden Polystyrol-Mikrokügelchen dienten zum Ausdruck zu bringen. In einer früheren Studie haben wir gezeigt, dass intramuskuläre Injektion von Mikrosphären in Zebrafisch-Embryonen, Biomaterial Implantation zu imitieren machbar33. Um das Fortschreiten der BAI und damit verbundenen Zelle eindringen in einzelnen Embryonen im Laufe der Zeit quantitativ zu analysieren, haben wir die "Zebrafisch-Immunotest" Projektdatei, die in "ObjectJ" (ein Plug-in für ImageJ) betrieben wird, die Fluoreszenzintensität der Quantifizierung Bakterien, die ihren Wohnsitz und Makrophagen in der Nähe der Injektionsstelle der Mikrosphären33infiltrieren. Darüber hinaus bestimmen wir die Zahl der Koloniebildenden Einheiten (KBE) von Bakterien in an- und Abwesenheit von Mikrosphären in den Embryonen, mögliche Auswirkungen von Biomaterialien auf Infektion zu studieren. Unsere Studie zeigt, dass mit den hier entwickelten Methoden Zebrafish Embryos eine vielversprechende, Roman vertebrate Tiermodell für das Studium Biomaterial-Infektionen in-vivo.