マウス皮下モデルにおけるカンジダ・アルビカンスのバイオフィルム開発の実験的手順を提示します。真菌バイオフィルムは、コロニー形成単位の数を決定し、生成される光の量が生細胞の数に対応する非侵襲的な生物発光イメージングによって定量化されました。
方法論記事
マウス皮下モデルにおけるカンジダ・アルビカンスのバイオフィルム開発の実験的手順を提示します。真菌バイオフィルムは、コロニー形成単位の数を決定し、生成される光の量が生細胞の数に対応する非侵襲的な生物発光イメージングによって定量化されました。
生物的および/ または非生物表面上のカンジダ·アルビカンスのバイオフィルムの開発は、入院患者のための具体的な脅威を表します。これまでのところ、C.アルビカンスのバイオフィルムは、 インビトロで 、主に研究されてきたが、 インビボ条件下で 、この動的なプロセスをよりよく理解するための重要な必要性がある。私たちは、Cを勉強するin vivoでの皮下ラットモデルを開発しましたalbicansのバイオフィルム形成 。我々のモデルで、(9までの)多数のカンジダ感染したデバイスは、動物の背中部分に注入される。それは私たちが一匹で複数の独立したバイオフィルムを研究することができますように、これは中心静脈カテーテルのモデルシステムを介して私たちに大きな利点を提供します。最近、我々はC.を研究するこのモデルを適応BALB / cマウスにおけるアルビカンスバイオフィルムの発達。本モデルで、C成熟アルビカンスバイオフィルムは48時間以内に発症し、典型的な3次元バイオフィルムのアーキテクチャを示しています。真菌のバイオフィルムの定量化伝統的に死後に分析し、ホスト犠牲を必要としている。これは速度論的研究を行うために多くの動物を使用する必要があるため、我々は、長手方向に成熟で、生体内フォローアップまでの非侵襲的生物発光イメージング(BLI)を適用私たちの皮下モデルで開発アルビカンスバイオフィルム。C. albicansの細胞は細胞壁に付着ガウヨモギルシフェラーゼ遺伝子(Glucを ) を発現するように操作した。生物発光シグナルを測定することができる光に加え、基質セレンテラジン変換ルシフェラーゼによって生成される。 BLI信号が外植カテーテルから得られた細胞数に似ていた。 in vivoでのバイオフィルム形成に定量化するための非侵襲的イメージングは、より良い理解するために、ここに貢献だけでなく、宿主-病原体相互作用に基づいて、研究のためのインビボ条件下でスクリーニングし、抗真菌薬の検証のための即時のアプリケーションを提供し、カテーテル関連感染症の病因のる。
カンジダは皮膚や消化管及び膣内フローラの一部として、たとえば、健康な個体の異なるサイトで見ることができるの共生生物、ある。しかし、入院、および特に患者の免疫無防備状態は、感染1の広い範囲を引き起こす可能性がある。そのような個体では、免疫力が低下し、 カンジダ細胞が血流に普及し、生命を脅かす感染を引き起こすより深い組織に侵入することができます。また、中心静脈および尿道カテーテルなどの非生物基質の存在は、人工心臓弁、関節、 カンジダアタッチメント 2のためのニッチを提供することができる。そのような基材への密着性は、主に多糖類2からなる、細胞外の高分子材料に埋め込 まれた酵母と菌糸細胞の層を表し、さらにバイオフィルム開発のための前提条件である。C.アルビカンスカテーテル -関連の感染症高い死亡率と関連している。バイオフィルムの一般的な特徴は、そのようなアゾール3,4-として知られている抗真菌剤、に彼らの減少した感受性である。このようなエキノカンジンおよびアンホテリシンBのリポソーム製剤などの抗真菌薬の唯一の新しいクラスは、カテーテル関連感染症5-7に対して活性であることが判明した。そのため抗真菌薬にバイオフィルムの回復力のため、治療的アプローチは、非常に多くの場合、カテーテルの除去およびソールソリューションとして、その後の交換につながる、制限されています。
Cの私たちの現在の理解の大半albicansのバイオフィルムの発達は、上述したデバイス、 すなわち、シリコーン、ポリウレタン2の製造に用い、非生物ポリスチレン等の基板、またはプラスチック上のin vitro研究に由来する。これらのモデルは非常に進んでいるし、可能な限り生体内での状況を模倣しようとする。しかしながら、これらのシステムは、連続的な血流及びtを含まない彼のホスト、免疫系。これは、中心静脈カテーテル(CVC)モデル8-10、口腔カンジダ11の義歯の口内炎モデルおよびカテーテル関連カンジダ12用のマウスモデルとしてのin vivoモデル系の開発をもたらした。さらに、C. albicansのバイオフィルムの開発は、膣13と口腔14からのものとして粘膜表面上の生体内で検討した。私たちの研究室では、皮下C.の設立で貢献Sprague Dawleyラット15の背面に感染したカテーテル片の移植物に基づいているアルビカンスバイオフィルムモデル。このモデルは、成功したフルコナゾールにバイオフィルムの感受性をテストし、薬5,16をエキノカンジン、ジクロフェナク及びカスポファンギン17の組合せ療法の効果を研究するために我々の研究室で使用された。より最近では、我々は、BALB / cマウス18,19で使用するためにこのシステムを適合される。でin vivoモデル他との比較が、この皮下モデルの主な利点は、埋め込 まれたカテーテル片を内腔の内側に開発動物ごとに複数のバイオフィルムを研究する可能性がある。
実験動物の数を減らすために、我々は、Cの開発を研究するためにこのモデルを適応しているアルビカンスバイオフィルム非侵襲的に生物発光イメージング(BLI)18,19を使用します。この方法は、動物の犠牲を回避する、(我々の場合に移植カテーテルの面積)は、関心のある領域における特定のBLIシグナルを測定することによって、バイオフィルムを定量するために用いることができる強力な技術であることが判明した。 C.などにより、特定のluxオペロン20の導入遺伝子および生物発光反応に必要な基質の両方を発現することができる細菌の比較では、ほとんどの真核生物、 アルビカンスは、と結合し、ルシフェラーゼ遺伝子の異種発現に依存している例えば、D-ルシフェリンまたはセレンテラジン21などの特定の基質、の外用投与。おそらく、真菌細胞壁およびCの存在に起因しアルビカンスの形態形成、ルシフェラーゼ酵素の基質の細胞内送達は、主な課題21でした。この問題を解決するために、Enjalbert ら 22は、合成C.株を設計し自然分泌型ガウヨモギルシフェラーゼ遺伝子(GLUC)のアルビカンスコドン最適化バージョンは 、C。に融合させたアルビカンスPGA59遺伝子は、GPI-は、細胞壁アンカータンパク質。なぜなら、細胞壁でのルシフェラーゼの存在、基質の細胞内アベイラビリティに関する問題を回避することができる。この特定のシステムはC.によって引き起こされる表面的な感染症を研究するために使用したアルビカンス 22。ごく最近、BLIは、また、口腔咽頭カンジダ症およびそのpossiblの進行を追跡するために使用された、電子処理23。このような所見は、自由生活細胞だけでなく、デバイス関連感染によって引き起こされる感染症を研究するための有望な技術としてBLIの使用をサポート。
本研究では、Cを記述するBLIを使用したポリウレタンカテーテルBALB / cマウスでピースとその定量化にalbicansのバイオフィルムの開発。私たちは、生きた動物のマウスに移植すると、その後のバイオフィルムの開発に続く接着の期間中にポリウレタンカテーテルのin vitroでの植民地化の詳細なプロトコルを提供する。別にC.によって放出されるBLI信号を測定するからアルビカンス細胞は、我々はまた、バイオフィルムの真菌負荷の定量化のための標準的な手法との比較のためにコロニー形成単位を決定する。
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注:全ての動物実験は、KUルーベン(プロジェクト番号090/2013)の倫理委員会によって承認された。 KU Leuvenの動物保護ガイドラインに従って動物を維持します。
1. C.アルビカンスの成長
2.カテーテルの小品準備
3.動物および免疫系の抑制
4.上のエクスビボC.アルビカンスの接着FBSでコーティングされたポリウレタン基質
5.麻酔
6.動物の手術
7.生物発光イメージング:セレンテラジン(CTZ)の調製G.、基板ヨモギルシフェラーゼ
8.生物発光イメージング
9.カテーテル外植
コロニー形成単位数(CFUを)と結果の統計分析によって10の定量バイオフィルム関連細胞
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この研究では、マウスにおけるin vivo C. albicansのバイオフィルム開発中にカテーテルインプラントと植片の外科的手順を示しています。さらに、我々は古典的なCFUの列挙ではなく、またBLIによってのみならず、成熟したバイオフィルムの定量化を表示します。
図1Aに示すように、非燐光ポリウレタンカテーテル片1cmのデバイスに切断し、その後血清でコーティングした。それはカンジダ細胞は非血清コーティングされたインプラント15と比較して、より迅速に基板に付着することを可能にするため、この手順は非常に重要です。これは、任意の温度に、その前には言及することは重要でアルビカンスの実験は、まず私たちのデバイス18のバックグラウンド発光を記録した。装置の高燐光gLuc-から特定 の生物発光信号強度と信号動態の評価を妨害するため、この手順はすべてのBLIを実行する前に、非常に重要です発現細胞。次に、C.アルビカン...
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宿主免疫系は、in vitroモデルで説明することはできないバイオフィルム形成に必須の因子であるので、微生物バイオフィルム専用の研究のための動物モデル、及び特に齧歯類モデルの使用は、非常に重要である。本研究では、比較的簡単な皮下C.を記述簡単に研究室に採用することが可能と強力な技術的なスキルを必要としないアルビカンスバイオフィルムマウスモデル、。このモデルは、もともとラット24に表皮ブドウ球菌のバイオフィルム形成を研究するために開発されました。
提示されたモデルにおいて、無コーティングされたポリウレタンカテーテルは、接着の期間(90分、37℃)中にカンジダ細胞をex vivoでチャレンジした。この最初のインビトロのステップがあるため、バイオフィルム感染過程の非常に最初の段階で、免疫系の欠如の制限要因として考えられるかもしれない。粘着力の前に続いてカテーテルインプラントは、非デバイスに関連する細胞は洗浄により除去される。接着期間の後、洗浄工程を回避する装置...
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著者は、彼らが競合する経済的利益を持っていないことを宣言。
この作業は、細菌および真菌バイオフィルムの生物学と生態学に関するFWO研究コミュニティであるKU Leuven PF 'IMIR'、およびFWOプロジェクトG.0804.11によって支援されました。SKは、PDMK 11/089フェローシップのKU LeuvenとポスドクフェローシップのFWOに感謝します。フィギュアの準備に協力してくれたNico Vangoethemに感謝しています。Celia Lobo Romero氏に対し、in vivo実験手順における技術支援に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 酵母抽出物粒状 | メルク | MERC1.03753.0500 | |
| 学的ペプトン | オキソイド | LP037B | |
| 寒天粒状 | Difco | 214530 | |
| D-(+)-グルコース | フルカ | 49159-5KG | |
| リン酸緩衝生理食塩水 | 実験室で | 1Lの10x PBS用に調製:80 g NaCl、2 g KCl、14.4 g Na2HPO4、2.4 g KH2PO4 | |
| シグマ | R6504-1L | カンジダアルビカンスの薬剤感受性試験のプロトコルに従って準備します | |
| 3-(N-モルホリノ)プロパンスルホン酸(MOPS) | シグマ | M1254 | MOPSは、RPMI培地(pH 7.0) |
| 胎児ウシ血清(FBS) | シグマ | F7524 | |
| ポリウレタン胃袋ルーメン静脈内カテーテルピース(直径2.4mm、Certofix Trio S730)の | BBraun | CV-15703 | ポリウレタン部分を1cmにカット |
| デキサメタゾン | ファグロン SAS, フランス | 611139 | 免疫抑制剤 (原液 10 mg/ml) |
| アンピシリン | Duchefa Biochemie、オランダ | A0104 | 抗菌予防 |
| ケタミン 1000 | ファイザー | 804 119 | 麻酔 |
| 薬 ドミター | ファイザー | 134737-1 | 麻酔 |
| 薬 抗セダン | ファイザー | 134783-2 | 麻酔の逆転 |
| キシロカインゲル (2%) - これはリニソル | アストラゼネカ | 352 1206 | 皮膚の局所麻酔薬です |
| テラマイシン/ポリミキシン-b眼科用軟膏 | 眼の乾燥と感染を防ぐため | ||
| セレンテラジン | Prolume(ナノライト) | NF-CTZ-FB | 感光剤(暗所に保管する必要があります) |
| ヨウ素イソプロパノール(1%) | 3M™デュラプレップ&トレード; | 皮膚用消毒剤 | |
| アルコール70%中0.5%クロルヘキシジン | セジウム | 消毒剤 | |
| 機器 | |||
| 細胞計数室 | |||
| インスリン注射器 (0.3ml) | テルモ Myjector 29G | 324826 | セレンテラジン注射用 |
| 電気カミソリ | 小動物用 | ||
| 滅菌手術器具 | はさみ、ピンセット2組、メス | ||
| ヒーティングパッド | ライカ | 14042321474 | |
| 皮膚縫合糸 | Johnson&ジョンソン | K890H | 外科用糸、針 |
| ウォーターバスソニケーター | ブランソン2210BLI | ||
| カメラ(IVIS Spectrum) | パーキン・エルマー、アラメダ | IVISSPE | |
| リビングイメージソフトウェア | パーキン・エルマー、アラメダ | (バージョン4.2) |
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