כאן אנו מציגים פרוטוקול לביצוע חיסון תוך-עורי במינון נמוך של Mycobacterium avium באוזן עכבר כדי לשקף תנאים דמויי חשיפה.
כאן אנו מציגים פרוטוקול לביצוע חיסון תוך-עורי במינון נמוך של Mycobacterium avium באוזן עכבר כדי לשקף תנאים דמויי חשיפה.
בניגוד לחשיפות מיקובקטריאליות טבעיות שאינן שחפתיות (NTM) או זיהומים שהפתולוגיה שלהם מבוססת על אורגניזם המשתכפל לאט, זיהום התרסיס במודל עכבר יכול לגרום לשגשוג מוגבר של צמיחת חיידקים בריאות. ניתן לטפל באירוסול כרוני ובזיהומים מערכתיים באמצעות תרופות אנטי-מיקובקטריאליות, שיכולות לשקף גם חשיפה קודמת, אך הליכים אלה ארוכים ופחות מייצגים חשיפות טבעיות. מטרת פרוטוקול זה היא לפתח מודל עכברי פחות פולשני של מצבים דמויי חשיפה ל-NTM שהם יותר תרגומיים. כאן, אנו מתארים שיטה לאתגר תוך עורי עכברים פרה-קליניים דרך רקמת האוזן באמצעות Mycobacterium avium (M. avium) כדי לחקות חשיפה ולאפשר תגובות חיסוניות לחיידקים ללא מחלה ברורה. במאמר זה, אנו מתארים את שיטת הזרקת האוזן התוך-עורית ומאשרים נוכחות של זיהום מיקובקטריאלי מתמשך ומוכל, המספק הזדמנויות נוספות לחקור את התגובות החיסוניות במודל in vivo זה.
מיקובקטריות שאינן שחפתיות (NTM) הן רשימה מתרחבת של מינים הכוללים תת-קבוצה של חיידקים פתוגניים שלעתים קרובות קשה לטפל בהם 1,2. ניתן למצוא NTM במקורות סביבתיים כגון אדמה, מים ואירוסולי מים 3,4,5. למרות המגמות המדווחות המצביעות על עלייה בזיהומי NTM, כקבוצה, הם מדווחים באופן שגרתי בפחות מ-20 מדינות ברחבי ארה"ב. אנשים עם מחלות נלוות ספציפיות, כולל אנשים עם סיסטיק פיברוזיס או אנשים הנוטלים תרופות מדכאות חיסון, נמצאים בסיכון מוגבר לזיהום פרודוקטיבי עם מיני NTM פתוגניים2. עם זאת, ההנחה היא שלאנשים בריאים יש חשיפה חוזרת ומתמשכת ל-NTM דרך מקורות סביבתיים מבלי להוביל לזיהומים חזקים או כרוניים. ישנן עדויות לכך שחשיפה ל-NTM עשויה 'להתנות מראש' את התגובה החיסונית הכוללת לאנטיגנים מיקובקטריאליים בחיסונים8, תוצאות לאחר חשיפה למיקובקטריות אחרות ובדיקות אבחון9, אך עד כה, מודלים פרה-קליניים של חשיפה מסוג זה היו קשים.
זיהומים ריאתיים כרוניים10 וטיפולים הממונפים למחקרי יעילות חיסונים ספציפיים לפתוגן אינם מייצגים חשיפות סביבתיות תמימות יחסית, ואת התגובות החיסוניות השונות לכאורה. זיהומים כרוניים, למשל, יכולים לגרום לרקמות פגועות קשות ולמחלה מפושטת10. לאחרונה היה מומנטום לטפל בפער מחקרי זה, כולל מודל עכבר המספק חשיפה ל-NTM באמצעות מי שתייה, ממעבדת הנאו-טמאיו11, שם התגובה החיסונית לחשיפה זו נחקרה באריכות. שחפת סמויה (TB) היא מצב מחלה נוסף של זיהום מיקובקטריאלי שהיה קשה למודל בבעלי חיים פרה-קליניים. מעבדת קאופמן הייתה חלוצה בדלקות אוזניים תוך עוריות עם M. tuberculosis בעכברים C57BL/612 ו-NOS2-/-13 כדי לחקות זיהום שחפת סמוי, הפעלה מחדש ולאפיין את המנגנונים של גרנולומות היפוקסיות. Nemeth ואחרים מינפו את מודל האוזן התוך-עורית הכלול כדי לחקות חשיפה קודמת ל-M. tuberculosis, תוך אפיון תגובות חיסוניות מובהקות, על מנת לקבוע כיצד זה השפיע על תוצאות האתגר הבאות14. מודל האוזן התוך-עורית דווח בהצלחה באמצעות 10יחידות יוצרות מושבה (CFU) של זני M. tuberculosis H37Rv ו-Erdman, אך עד כה הוא לא נבדק באמצעות מבודדי NTM.
המטרה הכוללת של שיטה זו היא לבסס מודל אתגר אוזניים NTM הניתן לשחזור המגביל את המחלה הנגרמת על ידי נתיבי אתגר אחרים, שניתן לחקור עוד יותר ביחס לתגובה החיסונית לחשיפה. חשיפת עכברי C57BL/6 רגישים למינונים גבוהים של M. avium במי שתייה גורמת למצבים דמויי זיהום יותר מאשר חשיפה11. לכן, הרציונל לפיתוח טכניקה זו כולל הצלחה קודמת בשימוש ב-M. tuberculosis כאורגניזם אתגר לדרמיס האוזן עם מינון אתגר גבוה יחסית 12,13,14. כאן, מטרתנו הייתה להעריך אם ניתן להתאים את המודל בהצלחה לבידוד M. avium במחצית מריכוז החיידקים שדווח בעבר 12,13,14 (10,2 CFU). אנו מצפים שקידום מודלים חדשים של חשיפה ל-NTM, ולא זיהום, יעזור לענות על שאלות ביולוגיות בולטות לגבי השפעה זו על הבריאות ועל דינמיקת הזיהום/חיסון העתידית.
נקבות C57BL/6 נרכשו ממעבדת אספקת מודלים מחקריים בגיל 6-7 שבועות. העכברים שוכנו במתקן בעלי חיים ברמת בטיחות ביולוגית 2 (BSL-2) של מכון המחקר לילדים בסיאטל (SCRI) בתנאים נטולי פתוגנים וטופלו בהתאם לפרוטוקולים ניסיוניים שאושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC). כל השיטות בוצעו בהתאם להנחיות ולתקנות הרלוונטיות ביחס לרווחת בעלי חיים. המכון פועל תחת תעודת USDA #91-R-0061 ו-PHS Assurance #A4337-01. פרטי הריאגנטים והציוד ששימשו במחקר מפורטים בטבלת החומרים.
1. הכנת מלאי חיידקים לחיסון
2. הכנה והרדמה של בעלי חיים
3. פלטפורמת חיסון והכנת חומרים
4. חיסון דרמיס אוזניים
5. הערכת נטל חיידקים
השתמשנו בפרוטוקול המפורט לעיל כדי לקבוע אם ניתן לבסס מודל אתגר NTM הניתן לשחזור המשתמש בדרמיס האוזן כדרך זיהום או חשיפה. אוזניים נאספו משני בעלי חיים בנקודת זמן של 28 יום לאחר האתגר, הומוגניות ומצופות כמתואר במדיה הסלקטיבית של מיקובקטריה. ראינו כי M. avium החזיק מעמד עד 28 ימים באוזניים שאותגרו תוך עורית והיעדר M. avium באוזן הבלתי מעורערת (איור 2).
בעוד שלא ראינו התפשטות לאוזן הבלתי מאותגרת עד 28 ימים לאחר ההדבקה, אחרים המשתמשים במודל זה של דרמיס אוזניים למודלים של שחפת סמויה הבחינו בהתפשטות לאתרי איברים מרוחקים אחרים14. שיערנו כי מינון נמוך יותר של אתגר ושימוש בבידוד M. avium עשויים להפחית את ההפצה לנקודות זמן מאוחרות יותר שעשויות לשקף טוב יותר חשיפה לעומת זיהום כרוני. לכן, המתת חסד בוצעה בקבוצות של n=5 M. avium מאותגרים בעכברים 28, 56, 90 ו-132 ימים לאחר ההדבקה. האיברים הבאים הומוגניים באותו פרוטוקול המתואר עבור רקמות האוזן: ריאות, טחול, בלוטת לימפה מנקזת (DLN) ומוח. מסלול אתגר זה הביא להתפשטות ספורדית לאורך זמן, כאשר פחות ממחצית מבעלי החיים הראו CFU שניתן לספור באיברים שנבדקו 56 או 90 יום לאחר ההדבקה (טבלה 1). עד 132 ימים לאחר האתגר, לכל העכברים היה M. avium שניתן לזהות בטחול שלהם (n = 5/5 בעלי חיים שהוערכו) אך נראה שהם מכילים חיידקים מינימליים (n = 1/5 ב-DLN) או ללא חיידקים (n = 0/5 בריאות או במוח) באיברים אחרים עד לנקודת זמן זו (טבלה 1).

איור 1: כיוון של מחט כשהצד המשופע כלפי מעלה. לפני החדרת המחט, הצד המשופע חייב להיות פונה כלפי מעלה כדי לנהל כראוי את החיסון. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: קולוניזציה של רקמת האוזן על ידי M. avium 28 ימים לאחר האתגר. נקבות עכברי C57BL/6 אותגרו באוזן עם 102 CFU של Mycobacterium avium. האוזן המאותגרת (+) הושוותה לאוזן הבלתי מאותגרת (-) לאחר 28 ימים, n=2 חיות בודדות מניסוי יחיד שהוצגו, כאשר כל חיה בצבע וסמל שונים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
| שעה (יום) | יומן איברים10 יחידות יוצרות מושבה | |||
| ריאה | טחול | נמל התעופה דל.ל.ן | מוח | |
| 28 | 3.08, ND, ND, ND, ND | 2.81, ND, ND, ND, ND | ND, ND, ND, ND, ND | 0.78, 0.90, ND, ND, ND |
| 56 | 2.30, ND, ND, ND, ND | 1.53, 3.43, ND, ND, ND | 2.78, ND, ND, ND, ND | 1.20, ND, ND, ND, ND |
| 90 | ND, ND, ND, ND, ND | 0.60, 3.35, 3.26, ND, ND | ND, ND, ND, ND, ND | 0.60, ND, ND, ND, ND |
| 132 | ND, ND, ND, ND, ND | 4.03, 3.58, 3.58, 4.03, 3.69 | 2.41, ND, ND, ND, ND | ND, ND, ND, ND, ND |
| DLN = בלוטת לימפה מנקזת, ND = לא זוהה | ||||
טבלה 1: התפשטות של M. avium מהאוזן לאורך זמן לאחר האתגר. ריאות, טחול, בלוטות לימפה מנקזות (DLN) ומוח נאספו מ-n=5 עכברים לנקודת זמן לאחר האתגר. רקמות הומוגניות צופו והוערכו לצמיחת חיידקים. איבר CFU שהוצג כ-log10 ערכי טרנספורמציה שבהם חיידקים נספרו ולא זוהו (ND) כאשר לא נצפו CFU בשום ריכוז מצופה. נתוני מהלך הזמן מייצגים ניסוי אחד.
כאן הדגמנו כיצד לאתגר עכברים עם מיקובקטריות במודל אוזן תוך-עורית מוכל. חיוני, בעת ביצוע הליך זה, להקפיד על אמצעי זהירות סטריליים ולהימנע מפציעות דקירות מחט. בשיטת חיסון זו, קריטי שתהיה תחנת התקנה מתאימה ותאורה טובה כדי להבטיח שחלל הדרמיס ממוקד ולא מנוקב לחלוטין דרך האוזן. אם זה יקרה, בהתאם למחקר, ניתן לבצע ניסיון שני באוזן השנייה. אוזניים לא מטופלות באותו עכבר יכולות לשמש גם כשליטה לכל עכבר. שיטה זו צריכה להיות נגישה לחוקרים עם צרכים מינימליים לציוד או זמן. הקדשת עכברים וזמן לאימונים עוזרת לשיעור ההצלחה של החיסון בפרוטוקול. השגיאות הנפוצות ביותר בטכניקה זו הן אי כניסה לחלל התוך עורי עם המזרק (וניקוב דרך האוזן) או לחיצה מהירה מדי על המזרק, מה שגורם לאספקה לא עקבית או להחלקה של המחט מהחלל התוך-עורי. תאורה והגדלה טובים יכולים לעזור במיקום נכון של המחט לחיסון.
אנו ממנפים את המתודולוגיה לתנאים 'דמויי חשיפה' של NTM. הרוב המכריע של M. avium כלול באוזן או ב-DLN. עם זאת, מגבלה של מתודולוגיה זו היא שהתפשטות לאיברים מערכתיים, כלומר הטחול, נצפתה בכל בעלי החיים שהוערכו עד 132 ימים לאחר האתגר. ייתכן שיש סף של חיסון חיידקים שיכול להפחית את כמות או תדירות ההפצה, מה שניתן להשיג באמצעות מחקר טיטרציה. הליך זה ניתן לשינוי הן של האורגניזם, למשל, מינים אחרים של NTM, והן של המינון שנמסר, בהתאם לשאלת המחקר.
התנהגות אנושית (היעדר טיפול מתאים במי שתייה, זיהום, עישון), עלייה במספר האנשים עם הידרדרות בריאותית עקב גיל15 ומחלות נלוות אחרות, היעדר בדיקות אבחון מתאימות ושינויי אקלים16 עשויים לשחק תפקיד בעלייה בשיעורי זיהומי NTM, ומגמה זו צפויה לעלות בעתיד הקרוב. אנו מציעים שמודלים כמו העברת רירית דרך מי שתייה11 או דלקות אוזניים תוך עוריות עם NTM בעכברים מספקים הזדמנות לקבוע איזו השפעה תהיה לחשיפה המוגברת הזו על החיסון ויעילות החיסון לאחר מכן. למרות שאימצנו מתודולוגיה זו של מודל אוזן מוכלת עבור M. avium, אנו מציעים שניתן להשתמש בה בהצלחה עבור מינים אחרים של NTM כטכניקת חשיפה.
המחברים מצהירים שאין להם ניגודי אינטרסים.
המחברים מביעים את תודתם לצוות הוויווריום המסור על טיפולם יוצא הדופן בבעלי החיים לאורך מחקר זה. המחברים רוצים גם להודות למעבדת הנאו-טמאיו באוניברסיטת קולורדו סטייט על שיתוף זן M. avium ששימש במחקר זה. המחברים רוצים להודות לחברי מעבדות Aderem ו-Urdahl במכון המחקר לילדים בסיאטל על ההכשרה במתודולוגיה המקורית. פרויקט זה מומן כולו או בחלקו במימון פדרלי מהמכון הלאומי לאלרגיה ומחלות זיהומיות, המכונים הלאומיים לבריאות, מחלקת הבריאות ושירותי האנוש, תחת חוזה מס' 75N93021C00029 (ל-RNC), ומענקים R01AI125160 ו-R01AI183642 (ל-RNC ו-SLB).
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.05% Tween80 | Sigma | P6224 | |
| מזרק 1 מ"ל | פישר | 15-823-434 | |
| 7H10 אגר triplates | Moltox | 21-40S234 | |
| 26G מחט קהה | פישר | NC0981254 | |
| קבינט בטיחות ביולוגית | Nuaire | NU-543-400 | |
| CO2 חממה | פישר סיינטיפיק | 15-103-0513 | |
| קלטת דו צדדית | סקוטש | 3136 | |
| המילטון 701N מזרק מיקרוליטר | פישר | 14-824-16 | |
| רקמות קשות אומני טיפים | פישר | 15-340-102 | |
| כרית חימום | קנט סיינטיפיק | HTP-1500 | |
| מחט אינסולין | פישר | NC1551333 | |
| קטמין | פטרסון וטרינרי | 07-890-8598 | |
| זכוכית מגדלת מוארת | Brightech | B07MMZ27QK | |
| PBS | ThermoFisher | 10010072 | |
| הומוגנייזר רקמות | Omni | TH115 | |
| מעמד הומוגנייזר רקמות | Omni | S1000 | |
| קסילזין | פטרסון וטרינרי | 07-808-1947 |