Aquí, describimos la estructura y los procedimientos operativos, incluidas las medidas de contención microbiana de una instalación para "ratones salvajes" utilizando como ejemplo la toma de muestras de sangre para el inmunofenotipado.
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Aquí, describimos la estructura y los procedimientos operativos, incluidas las medidas de contención microbiana de una instalación para "ratones salvajes" utilizando como ejemplo la toma de muestras de sangre para el inmunofenotipado.
El uso de ratones de laboratorio con un microbioma natural, como los "ratones salvajes", ofrece una herramienta de investigación prometedora tanto para la ciencia básica como para la aplicada debido a su gran parecido con el superorganismo humano. Sin embargo, la cría y el mantenimiento de estos ratones, que albergan un microbioma diverso que incluye bacterias, virus y parásitos, plantean desafíos significativos para las instalaciones de cría de animales en las instituciones de investigación. Para hacer frente a estos desafíos, se desarrolló un concepto de instalación especializada para albergar "ratones salvajes" en Charité - Universitätsmedizin Berlin. Este enfoque implicó diseñar una instalación con características estructurales y protocolos operativos específicos para contener de manera efectiva el microbioma natural, protegiendo así las áreas con estándares de higiene más altos.
Se demuestra una metodología para la toma de muestras de sangre de ratones libres de patógenos especificados (SPF) y "ratones salvajes" para el inmunofenotipado, destacando el flujo de trabajo y las medidas de biocontención implementadas en la instalación. Los resultados notables revelan que los "ratones salvajes" expuestos a un microbioma natural desarrollan distintas poblaciones de células inmunitarias, que se reducen significativamente en los ratones criados y mantenidos bajo estrictas condiciones de higiene.
La importancia de este estudio radica en su potencial para proporcionar a los investigadores acceso a ratones que poseen un microbioma natural y un sistema inmunológico maduro similar al de los adultos humanos. Este enfoque podría mejorar la traducibilidad de los hallazgos preclínicos a la práctica clínica, avanzando así en el campo de la investigación biomédica.
La experimentación con ratones sigue siendo indispensable en la ciencia básica y aplicada, como la investigación preclínica y toxicológica. Sin embargo, la estandarización de la higiene en los entornos de laboratorio, con el objetivo de reducir el ruido biológico y minimizar la variabilidad en los resultados experimentales, ha llevado a la exclusión en gran medida de la microbiota natural. Por lo tanto, las condiciones en las que nacen y se mantienen ratones de laboratorio higiénicamente estandarizados, especificados y libres de patógenos (SPF) difieren de las condiciones del mundo real a las que normalmente se exponen los seres humanos y los animales. Este desajuste entre las condiciones de laboratorio y los entornos naturales en los que se producen las enfermedades humanas da lugar a la "falacia de la estandarización": suponer que minimizar la variación en las condiciones experimentales mejora los resultados traslacionales. Sin embargo, en realidad, limita la relevancia biológica de los hallazgos 1,2. Por ejemplo, la investigación ha demostrado que la ausencia de diversidad microbiana y ambiental en ratones SPF puede dar lugar a un sistema inmunitario subdesarrollado, lo que socava la validez de los estudios inmunológicos y preclínicos3.
Se han propuesto varios enfoques para abordar la variación biológica en modelos de ratones, cada uno con sus propias ventajas y limitaciones, incluyendo el co-alojamiento con ratones salvajes y de tiendas de mascotas 3,4,5,6,7,8, la exposición secuencial a comensales 9, el mantenimiento de los animales en recintos al aire libre 10 o en camas de animales grandes11, y los trasplantes fecales de ratones silvestres12. Un nuevo modelo de ratón prometedor para la investigación preclínica y toxicológica es el modelo de "ratones salvajes", que consiste en cepas de ratones de laboratorio estándar que albergan un microbioma natural13. Estos "ratones salvajes" se generan mediante el trasplante de embriones de cepas de ratones de laboratorio a ratones capturados en la naturaleza. Durante el nacimiento, las cepas de ratones de laboratorio adquieren el microbioma natural de sus madres sustitutas, imitando la inoculación natural que se produce durante el parto humano13. Los "ratones salvajes" se pueden criar como cualquier otra cepa de ratón de laboratorio, con su microbioma natural conservado a lo largo de las generaciones.
Los "ratones salvajes" albergan una microbiota diversa, que incluye bacterias, virus y parásitos, que normalmente se excluyen de las instalaciones de ratones SPF. En consecuencia, mantener un microbioma natural en las instalaciones de investigación presenta desafíos, ya que estos microbios deben contenerse sin comprometer los estándares generales de higiene SPF.
En Charité - Universitätsmedizin Berlin, se estableció una instalación dedicada a los "ratones salvajes", separada de las áreas SPF por estrictas medidas de biocontención. La instalación incluye salas de cría y experimentación, lo que garantiza que se mantenga el microbioma natural de los "ratones salvajes" mientras se protegen las áreas de SPF (Figura 1).
Las parejas fundadoras de la colonia de Charité fueron importadas de la colonia "Ratones salvajes" establecida en el Departamento de Investigación del Microbioma del Hospital Universitario de Erlangen, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Alemania. Se les suministra un certificado sanitario y se les supervisa con un panel ampliado de patógenos zoonóticos antes de la importación de los fundadores de la colonia. Se utilizarán centinelas para monitorear el microbioma a lo largo del tiempo. Tanto el SPF como los "ratones salvajes" se alojan en las mismas condiciones. Los ratones se crían y se mantienen preferentemente en jaulas con ventilación individual (IVC) tipo II en grupos de cinco ratones. La temperatura dentro de la instalación es de 22 °C y el ciclo de luz/oscuridad es de 12 h. Los ratones reciben comida estándar a base de grano y agua del grifo. La esterilización de la ropa de cama y los artículos de enriquecimiento es innecesaria para los "ratones salvajes". Sin embargo, la esterilización en autoclave de estos elementos evita la confusión de materiales en las áreas donde se alojan los ratones SPF.
En este protocolo, se demuestran los procedimientos de inmunofenotipado tanto para SPF como para "ratones salvajes", destacando los estrictos protocolos de contención microbiana en las instalaciones de "ratones salvajes". Estas medidas garantizan la integridad de los entornos SPF al tiempo que proporcionan los beneficios de trabajar con ratones portadores de un microbioma natural.

Figura 1: Disposición de la instalación para ratones salvajes. E1 = acceso a la instalación. Las flechas indican la ruta de entrada a las instalaciones. E2 = acceso a la cabina de flujo de aire laminar desde el exterior de la instalación. PA = esclusa de personal con ducha de aire. AS = ducha de aire. R1, R2 = salas para la cría de ratones salvajes. R3 = espacio para mantener ratones salvajes. R4 = espacio para mantener ratones SPF. PR1 = sala de procedimientos para ratones con SPF. PR2 = sala de procedimientos para ratones salvajes. SB = banco de trabajo estéril. EE = salidas de emergencia. CR = vestuario frente a la cabina LAF. LAF = cabina de flujo de aire laminar para intervenciones bajo flujo de aire protector. A = autoclave. ER = sala de equipos. Las flechas verdes representan las rutas accesibles cuando se trabaja con animales SPF, y las flechas amarillas indican los caminos disponibles para trabajar con ratones salvajes después de ducharse al aire. Las flechas azules indican el acceso solo para el personal de cría. La línea roja marca la pared de vidrio dentro de la cabina LAF, que divide el espacio en dos secciones a las que se puede acceder desde E1 a través de PR2 o desde E2 a través de CR. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
La instalación para "ratones salvajes" y los procedimientos con animales vivos fueron aprobados por la oficina estatal responsable de la experimentación animal, "Landesamt für Gesundheit und Soziales Berlin" (LAGeSo). Los pasos más importantes del protocolo se resumen en la Figura 2.
1. Obtener acceso a las instalaciones de Wilding
2. Entrada a las instalaciones para "ratones salvajes"
3. Toma de muestras de sangre de ratones SPF en el área SPF
4. Entrar en la zona de "Ratones salvajes"
5. Toma de muestras de sangre de "ratones salvajes"
6. Exportación de muestras de sangre del área de "ratones salvajes" a través del gabinete de flujo de aire laminar (LAF)
NOTA: La sala de procedimientos (PR2) contiene un gabinete LAF, que sirve como cerradura de material y sala de intervención estéril. Las muestras se transfieren a través de la cabina LAF. El interior es accesible tanto desde el interior (a través de E1 y PR2) como desde el exterior (a través de E2 y CR) el área Wildling y está dividida en el medio por una pared de vidrio con una puerta corredera (Figura 1). Se requieren dos personas para exportar materiales: la Persona 1 (dentro del área de Wildling [a través de PR2]) realizará los pasos 6.1 y 6.2. La Persona 2 (fuera del área de Wildling [a través de E2]) realizará los pasos 6.3-6.5.
7. Salir de las instalaciones para "ratones salvajes"
8. Procesamiento y análisis de muestras de sangre
Los "ratones salvajes" albergan potencialmente microorganismos típicamente excluidos de las instalaciones de SPF, lo que plantea un desafío para las prácticas de cría de animales dentro de las instituciones de investigación que mantienen estrictos estándares de higiene. En los últimos 4 años, los científicos y veterinarios de la Charité - Universitätsmedizin Berlin y el Centro Alemán para la Protección de los Animales de Laboratorio (Bf3R) han desarrollado una instalación dedicada a los ratones con un microbioma natural, incorporando estrictas medidas de biocontención a través de un esfuerzo colaborativo (Figura 1). Para llevar a cabo este diseño, una instalación de ratones existente se sometió a una extensa reconstrucción, incluida la instalación de una ducha de aire y una cabina de flujo de aire laminar. Las áreas donde se crían y mantienen los "ratones salvajes" y los ratones SPF están separadas por la ducha de aire y ambas áreas tienen salas de procedimiento designadas. El material termoestable sale del área para los "ratones salvajes" solo a través del autoclave, mientras que los materiales termolábiles, como las muestras, se pueden exportar a través del gabinete LAF para su posterior procesamiento en áreas de laboratorio (Figura 2). El cumplimiento estricto de todas las medidas de biocontención es esencial para evitar la contaminación de las áreas donde se mantienen las condiciones de higiene SPF (Figura 3). En conjunto, el diseño y las medidas de biocontención de la instalación de "ratones salvajes" en Charité - Universitätsmedizin Berlin brindan a los científicos la oportunidad de realizar investigaciones con ratones que albergan un microbioma natural y, al mismo tiempo, prevenir eficazmente la propagación de microorganismos a áreas de la instalación animal con niveles de higiene más altos.
La citometría de flujo es el método de referencia en inmunología celular y se utiliza para interrogar a las poblaciones de células inmunitarias en la sangre y los tejidos en respuesta a condiciones ambientales alteradas. Por ejemplo, los seres humanos adultos tienen un número sustancial de células T de memoria circulando en la sangre, que se desarrollan tras la exposición a microorganismosdel medio ambiente. En este caso, se utilizó la citometría de flujo para sondear las células T de memoria en la sangre de ratones criados y mantenidos en condiciones de SPF y en la sangre de "ratones salvajes" (Figura 4). Los "ratones salvajes" colonizados con un microbioma natural, presentan una población distinta de células T de memoria. Por el contrario, los ratones criados y mantenidos en condiciones de SPF han reducido en gran medida las células T de memoria en la circulación sanguínea. Por lo tanto, la citometría de flujo puede caracterizar el impacto de diferentes entornos microbianos en el compartimento inmunitario. La granulación de los datos puede aumentarse mediante la inclusión de marcadores de células inmunitarias adicionales. Los enfoques recientemente desarrollados en citometría de flujo, como la citometría por tiempo de vuelo (CyTOF) y la citometría de flujo espectral, permiten adquirir información sobre multitud de parámetros y, por lo tanto, ampliar el número de (sub)poblaciones de células inmunitarias que se pueden cuantificar en la misma muestra de sangre y tejido. Además, la producción de citoquinas celulares también se puede evaluar mediante citometría de flujo, lo que proporciona información sobre la función de las células en respuesta a un microbioma natural.

Figura 2: Flujo de trabajo en la instalación de Wildling. La toma de muestras de sangre y el procesamiento de muestras son ejemplos, pero pueden ser reemplazados por otros procedimientos, como intervenciones quirúrgicas con muestras de tejido e histología. Para ver las abreviaturas, consulte la leyenda de la Figura 1 . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Comparación de los requisitos de equipo de protección personal (EPP) para áreas SPF y silvestres. En la zona SPF (izquierda), el EPI estándar consta de una sola capa de ropa protectora. Por el contrario, la zona Wildling (derecha) requiere un proceso de EPI de tres pasos antes de entrar en la ducha de aire: se lleva un kasac (ropa interior protectora = paso 1) debajo del mono (paso 2). Esta capa adicional ayuda a mantener la higiene y evita la contaminación cruzada entre áreas. Después de la ducha de aire, se deben usar zapatos designados para el área silvestre (paso 3). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Inmunofenotipo de "ratones salvajes". Las muestras de sangre de ratones machos SPF (n = 5 ratones y "ratones Wilding" (n = 5 ratones), de 14 semanas de edad, se tiñeron con un cóctel de anticuerpos conjugados con fluoróforos contra CD45, cadena TCR-β, CD4, CD8, CD44 y CD62L. Los números son la proporción de la desviación estándar de la puerta parental ±. La estrategia de compuerta se muestra para los ratones SPF, a excepción de los dos últimos blots de SPF y "ratones salvajes". En los "ratones salvajes", las células T de memoria central y efectora aumentan en comparación con los ratones que se crían y mantienen en condiciones de SPF. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Los ratones con un microbioma natural son una herramienta de investigación prometedora para la ciencia básica y aplicada debido a su mayor parecido con el superorganismo humano 3,9,10,11,12. Los intentos de incorporar la complejidad biológica en los modelos de ratón han llevado al desarrollo de varios enfoques, cada uno con sus propias ventajas y limitaciones 3,7,8,9,10,11,12. Los "ratones salvajes" combinan los beneficios de un entorno de laboratorio controlado con un microbioma natural. Este enfoque mantiene la estabilidad en condiciones experimentales al tiempo que preserva la diversidad microbiana natural necesaria para estudiar interacciones biológicas complejas. En consecuencia, las terapias biomédicas desarrolladas y probadas en "ratones salvajes" tienen un gran potencial para una traducción exitosa a aplicaciones clínicas.
Sin embargo, aún queda por determinar en qué modelos de enfermedad preclínica "ratones salvajes", son superiores a los ratones SPF. Además, los ratones con un microbioma natural albergan microorganismos, como gusanos altamente transmisibles, que normalmente están excluidos de las instalaciones institucionales. Por lo tanto, la cría y el trabajo con estos ratones presentan desafíos para las prácticas de cría de animales dentro de las instituciones de investigación.
El establecimiento de una instalación para "ratones salvajes" implicó un esfuerzo de colaboración de científicos, veterinarios y funcionarios institucionales de Charité - Universitätsmedizin, el Centro Alemán para la Protección de Animales de Laboratorio (Bf3R) y la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Después de desarrollar el concepto de instalación, una instalación existente para ratones se sometió a una extensa reconstrucción para incorporar estrictas medidas de biocontención. La instalación está certificada para operaciones de bioseguridad de nivel 2 (BSL-2) con respecto a la investigación con patógenos humanos.
Aquí, se describen los procedimientos operativos y de biocontención en la instalación para "ratones salvajes" utilizando como ejemplo la toma de muestras de sangre para el inmunofenotipado por citometría de flujo. Es obligatorio el cumplimiento estricto de las medidas de biocontención mientras se trabaja en la instalación para "ratones salvajes" para evitar la propagación de microorganismos a otras áreas de la instalación animal. Esto incluye la restricción del acceso a las instalaciones a la menor cantidad de personas posible, según el grupo de investigación. Además, se requiere una sesión introductoria obligatoria realizada por el oficial de bienestar animal institucional antes de obtener acceso inicial a las instalaciones. La información general y los Procedimientos Operativos Estándar (SOP) para trabajar dentro de la instalación de Wildling también están disponibles en un sitio web interno ("Wildling wiki")14,15.
Mientras se trabaja dentro de las instalaciones, el EPP debe usarse correctamente. Por ejemplo, es esencial asegurarse de que no haya pelo expuesto fuera de la redecilla, ya que los huevos de los parásitos podrían adherirse a ella. Si el experimento involucra tanto "ratones salvajes" como ratones SPF, primero se deben manipular ratones SPF. Las áreas para "ratones salvajes" y ratones SPF dentro de la instalación están separadas por una ducha de aire, y cada área está equipada con salas de procedimientos designadas. Estas salas se pueden reservar a través de un sistema de reservas en línea, lo que garantiza procesos de trabajo fluidos y un número limitado de personas dentro de las instalaciones. Se permite que un máximo de dos personas por área por sala de procedimientos (PR1, PR2, LAF) trabajen en cada barrera al mismo tiempo. Se aplican excepciones a los experimentos que requieren personal adicional para garantizar la ejecución ética y competente de los procedimientos. Los ratones son transferidos entre salas dentro de sus respectivas áreas en jaulas IVC cerradas, que solo se pueden abrir debajo de un banco de flujo laminar para garantizar la contención microbiana y la seguridad en el trabajo. La sala de procedimientos en el área de "Ratones salvajes" también contiene una cabina de flujo de aire laminar (LAF). Esta cabina LAF debe utilizarse para la disección y cirugía de "ratones salvajes", incluida la transferencia de embriones. La transferencia de embriones es un procedimiento crítico en el contexto de los "ratones salvajes", ya que se utiliza para generar nuevos modelos de "ratones salvajes". Por ejemplo, la transferencia de embriones de cepas de ratones genéticamente modificados (OGM) a "ratones salvajes" de tipo salvaje se utiliza para crear cepas de OGM salvajes. La cabina LAF también se utiliza para la exportación de muestras, lo que requiere coordinación con una persona fuera del área de "Ratones salvajes". El procesamiento adicional de muestras se puede realizar en el espacio de laboratorio adyacente, lo que permite a los investigadores manejar materiales sensibles al tiempo en el sitio y limitar los lugares donde se procesan las muestras de "ratones salvajes".
Todos los demás materiales deben permanecer dentro de las instalaciones de Wildling o deben ser esterilizados en autoclave antes de salir de las instalaciones. Después del trabajo, todos los materiales y superficies se desinfectan con desinfectantes apropiados para las condiciones BSL2. Las personas que ingresaron a las instalaciones para "ratones salvajes" tienen prohibido ingresar a cualquier otra instalación de animales el mismo día.
La investigación en la instalación se lleva a cabo en el marco del consorcio científico "The Wildling Mouse Model in Health and Disease (Wildling HeaD)", lo que facilita la comunicación entre los científicos que trabajan con "ratones salvajes", así como el intercambio de métodos y experiencias. El consorcio cuenta con el apoyo de Responsible PrecliniX en el Centro QUEST para la Investigación Responsable del Instituto de Salud de Berlín (BIH), que ayuda en los procedimientos de preregistro de estudios con animales, el diseño experimental sólido y la gestión de la calidad (www.bihealth.org/en/quest/service/service/responsible-preclinix).
En resumen, se ha creado una instalación de última generación, equipada con estrictas medidas de biocontención, para apoyar la investigación preclínica segura y ética. Esta instalación facilita el estudio de los "ratones salvajes", que albergan un microbioma natural, cerrando eficazmente la brecha entre las condiciones controladas de laboratorio y los entornos microbianos similares al mundo real. Para construir una instalación como la descrita, es esencial priorizar la ciencia en equipo y la colaboración interdisciplinaria, incorporando la experiencia de científicos, veterinarios y funcionarios institucionales para garantizar el diseño y la operación efectivos de entornos de alta biocontención. Además, es crucial implementar medidas estrictas de biocontención, brindar capacitación integral y desarrollar Procedimientos Operativos Estándar (SOP) claros. El establecimiento de una estructura de comunicación eficiente, como una wiki interna, y el monitoreo y la validación continuos de las condiciones experimentales mejorarán aún más la eficacia y la seguridad de la instalación en el manejo de modelos complejos como los "ratones salvajes".
Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
Este trabajo contó con el apoyo de Charité 3R| Reemplazar - Reducir - Refinar. S.P.R. contó con el apoyo de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fundación Alemana de Investigación) Emmy Noether-Programm RO 6247/1-1 (ID de proyecto 446316360), la DFG SFB1160 IMPATH (ID de proyecto 256073931) y el TRR 359 PILOT (ID de proyecto 491676693). S.J. contó con el apoyo de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fundación Alemana de Investigación) JO 1216/2-1 y la Sociedad Alemana de Esclerosis Múltiple (DMSG e.V.).
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Alexa Fluor 700 anti-ratón anti-ratón CD45 | clon BioLegend 103127 30F-11 | ||
| Animal Chow | Altromin | 1324 | |
| APC anti-ratón anti-ratón CD4 | BioLegend | 100515 | RM4-5 Tubo de |
| extracción de sangre | Greiner | 450475 | MiniCollect K3E, K3EDTA |
| Albúmina sérica bovina | Sigma-Aldrich | A9647-100G | |
| Brilliant Violet 605 anti-ratón Anticuerpo de cadena TCR-beta | BioLegend | 109241 | Clon H57-597 |
| Brilliant Violet 785 anti-ratón CD8 Anticuerpo BioLegend | 100749 | Clon 53-6.7 | |
| Capilar | Hirschmann | 9000210 | Hirschmann minicaps, Na-hep |
| EDTA | Corning | 46-034-CI | |
| FITC anticuerpo CD44 antiratón | BioLegend | 103021 | Clon IM7 |
| PerCP/Cianina 5.5 anti-ratón CD62L anticuerpo BioLegend | 104431 | Clon MEL-14 | |
| Solución salina tamponada con fosfato (10x) | Gibco | 12579099 | |
| solución salina tamponada con fosfato (1x) | Gibco | 14190094 | |
| Tubo de poliestireno de fondo redondo | Sarstedt | 55.476.005 | |
| SYTOX Tinción azul de células muertas | Invitrogen | S34852 | |
| Tyvek en general (DuPont) | Fisher Scientific | 11371633 |
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