Un modelo de ratón único para la evaluación cuantitativa de la formación de biopelículas en implantes quirúrgicos en abscesos subcutáneos

Mitsuhiro Nishizawa; Bahram Saleh; Ralph Marcucio; Kazuhito Morioka

doi:10.3791/68067

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Artículo de método

Un modelo de ratón único para la evaluación cuantitativa de la formación de biopelículas en implantes quirúrgicos en abscesos subcutáneos

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DOI:

10.3791/68067

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6 de junio de 2025

Mitsuhiro Nishizawa¹ , Bahram Saleh² , Ralph Marcucio^*¹ , Kazuhito Morioka^*¹^,³

¹Department of Orthopaedic Surgery, Orthopaedic Trauma Institute (OTI), University of California, San Francisco (UCSF), ²Rosies Base, LLC, ³Department of Neurological Surgery, Weill Institute for Neurosciences, Brain and Spinal Injury Center (BASIC), University of California, San Francisco (UCSF)

^* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe un modelo experimental único de infecciones relacionadas con implantes que permite la incubación simultánea de dos implantes con bacterias en condiciones idénticas dentro de un solo ratón. También permite una evaluación precisa de la formación de biopelículas en las superficies de los implantes utilizando métodos analíticos comparativos optimizados, demostrando técnicas avanzadas para evaluar las propiedades antimicrobianas de los biomateriales.

Resumen

Para desarrollar un nuevo biomaterial con propiedades antibacterianas para procedimientos quirúrgicos ortopédicos, es crucial establecer un modelo animal experimental de infecciones relacionadas con implantes que imite de cerca el estado patológico. Además, se requiere una comparación cuantitativa con muestras de control para evaluar la formación de biopelículas en los materiales. Sin embargo, los modelos animales actuales, que implican implantar a cada individuo con un solo material, pueden producir resultados inconsistentes debido a la heterogeneidad del estado de infección entre los sujetos. Además, cuantificar con precisión la formación de biopelículas en materiales in vivo sigue siendo un desafío, y los hallazgos pueden carecer de fiabilidad. Para abordar estos problemas, este estudio demostró un modelo de ratón único de infección relacionada con implantes que permite la incubación simultánea de dos implantes con bacterias en un entorno cerrado dentro de un solo ratón, formando un absceso subcutáneo encapsulado. Inicialmente se creó una bolsa de aire madura debajo de la piel de la espalda. Se conectaron dos cables de acero inoxidable y se colocaron en la bolsa, seguido de la inoculación de Xen 36, una cepa bioluminiscente de Staphylococcus aureus. A los 14 días de la inoculación, se había formado un absceso subcutáneo alrededor de los alambres. La biopelícula se eliminó por completo de la superficie de cada alambre y las suspensiones bacterianas disueltas se midieron con precisión utilizando métodos optimizados para evaluar la formación de biopelícula en el implante, determinar las unidades formadoras de colonias y realizar análisis cuantitativos de la reacción en cadena de la polimerasa. Aprovechando el operón lux de las bacterias bioluminiscentes, se utilizaron los niveles de expresión relativa de luxA y 16S rRNA para determinar la carga bacteriana dentro de la biopelícula en cada cable. Este enfoque analítico comparativo optimizado permite evaluaciones precisas de la formación de biopelículas en dos cables en condiciones de infección uniformes dentro de un solo modelo de ratón y puede facilitar el avance de biomateriales con propiedades antibacterianas.

Introducción

Las infecciones relacionadas con implantes siguen siendo un desafío importante en los entornos clínicos porque pueden causar altas tasas de morbilidad y mortalidad en cirugía ortopédica a pesar de los avances en la técnica quirúrgica y el diseño de implantes¹. Aunque la incidencia de infecciones asociadas con implantes quirúrgicos ha disminuido significativamente debido a los estándares modernos de control aséptico en el entorno del quirófano y a los protocolos adecuados para la profilaxis antibiótica perioperatoria, la incidencia de infecciones relacionadas con los implantes en la cirugía primaria sigue siendo....