세포 내 M. 결핵 성장의 신속하고 효율적인 정량화는 결핵(TB)에 대한 개선된 치료법을 추구하는 데 중요합니다 . 이 프로토콜은 후보 숙주 지시 요법으로 처리된 대식세포에서 Mtb 성장을 정량화하기 위해 자동화된 액체 배양 시스템을 사용하는 브로스 기반 비색 검출 분석을 설명합니다.
세포 내 M. 결핵 성장의 신속하고 효율적인 정량화는 결핵(TB)에 대한 개선된 치료법을 추구하는 데 중요합니다 . 이 프로토콜은 후보 숙주 지시 요법으로 처리된 대식세포에서 Mtb 성장을 정량화하기 위해 자동화된 액체 배양 시스템을 사용하는 브로스 기반 비색 검출 분석을 설명합니다.
결핵(TB)의 원인균인 결핵균(Mtb)은 COVID-19가 출현하기 전까지 전 세계적으로 가장 심각한 전염병 사망자였습니다. Mtb는 세포 내 환경에서 지속되고 숙주 방어를 피하며 많은 항 결핵 약물에 대한 내성을 개발하도록 진화했습니다. 내성을 해결하는 한 가지 접근법은 Mtb에 대한 숙주 면역 반응을 증가시키는 기존의 승인 된 약물을 식별하는 것입니다. 그런 다음 이러한 약물을 보조 숙주 유도 요법(HDT)으로 용도를 변경하여 치료 시간을 단축하고 항생제 내성을 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다.
대식세포에서 세포내 Mtb 성장의 정량화는 잠재적인 HDT를 평가하는 중요한 측면입니다. Mtb 성장을 측정하기 위한 황금 표준은 한천 플레이트에서 집락 형성 단위(CFU)를 계산하는 것입니다. 이것은 약물의 신속한 스크리닝에 적합하지 않은 느리고 노동 집약적 인 분석입니다. 이 프로토콜에서는 임상 표본에서 Mtb를 검출하는 데 더 일반적으로 사용되는 자동화된 브로스 기반 배양 시스템이 숙주 지시 요법의 전임상 스크리닝에 맞게 조정되었습니다. HDT로 처리된 대식세포에서 세포내 Mtb 성장을 조사하기 위한 액체 배양 분석 시스템의 용량을 평가하였다. Mtb 성장을 억제하는 능력에 대해 테스트된 HDT는 용액에 담겨 있고 폴리(락틱-코-글리콜산)(PLGA) 미립자와 인터페론-감마와 리네졸리드의 조합으로 캡슐화된 올-트랜스 레티노산(AtRA)이었습니다. CFU 방법에 비해 이 자동화된 액체 배양 기반 기술의 장점은 설정이 간단하고, 노동 집약적인 준비가 적고, 결과 도출 시간이 더 빠르다는 것입니다(한천 플레이트의 경우 21일 이상에 비해 5-12일).
결핵의 원인균인 결핵균(Mtb)은 2019년 전 세계적으로 가장 심각한 전염병 사망자였습니다1. 숙주 방어를 피하기 위해 Mtb는 대식세포 및 수지상 세포(DC)와 같은 선천성 면역 세포의 진균 살균 활성을 파괴하여 세포 내에서 지속되고 복제할 수 있도록합니다2. 성인 폐결핵을 예방하는 효과적인 백신의 부족과 약물 내성 균주의 출현 증가는 새로운 치료법의 긴급한 필요성을 강조합니다.
보조 숙주 지시 요법(HDT)은 치료 시간을 단축하고 내성을 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다3. 대식세포 내에서 진균살균 활성을 결정하기 위한 시험관 내 HDT 후보의 전임상 평가는 종종 고체 한천 플레이트에서 콜로니 형성 단위(CFU)에 의한 Mtb 성장의 정량화에 의존합니다. 이것은 약물의 신속한 스크리닝에 적합하지 않은 느리고 노동 집약적 인 분석입니다. 상업적으로 이용 가능한 자동화된 브로스 기반 미생물 검출 시스템은 임상 표본에서 Mtb 및 기타 마이코박테리아 종의 검출 및 약물 감수성 테스트를 위해 임상 미생물학 실험실에서 더 일반적으로사용됩니다4. 이러한 기기는 시간 경과에 따라 모니터링되는 배양 배지의 물리적 변화(CO2 또는O2 수준 또는 압력의 변화)로 이어지는 박테리아 대사 활동을 기반으로 간접적으로 성장을 측정합니다5. 판독은 이전에 치료 6,7에 대한 반응으로 결핵 환자의 객담 표본과 감염된 쥐 폐 및 비장의 용해물8에서 Mtb CFU와 상관관계가 있는 것으로 나타난 양성 시간(TPP)입니다. 또한, 액체 배양 검출 시스템은 축삭 배양 및 배양된 대식세포에서 마이코박테리아의 성장에 대한 종래의 병원체 지시 요법의 효과를 측정하기 위해 사용되었다 9,10. 이 기기는 또한 Mtb11,12의 세포 내 성장을 제어하는 수지상 세포 및 폐포 대 식세포의 타고난 능력을 조사하는 데 사용되었습니다. 이 실험 프로토콜은 액체 배양 진단 시스템이 배양된 대식세포에서 결핵에 대한 HDT의 전임상 스크리닝을 수행하도록 조정될 수 있음을 보여줍니다. CFU 열거와 비교할 때 이 기술의 주요 장점은 세포 내 마이코박테리아 성장/생존을 정량화하는 데 필요한 실험 노동력과 시간을 상당히 줄인다는 것입니다. 이 기술은 숙주 면역을 강화하기 위해 세포 기능을 표적으로 하는 광범위한 약리학적 시약으로 처리된 면역 세포에서 세포 내 마이코박테리아 생존을 평가하는 데 사용할 수 있는 자동화된 배양 기기에 대한 액세스에 의존합니다.
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이 프로토콜에 설명된 실험은 봉쇄 레벨 37 실험실에서 처리할 수 있는 Mtb의 약독화된 H2Ra 균주를 사용하여 수행되었습니다. 살아있는 마이코 박테리아의 모든 조작은 클래스 II 생물학적 안전 캐비닛 (BSC)에서 수행되었습니다. 실험 절차는 에어로졸 생성을 최소화하도록 설계되었습니다. 진핵 세포 배양 (THP-1 세포)은 또한 클래스 II BSC에서 수행되었다. 실험실은 위험 평가를 수행하고 모든 절차가 기관 및 국가 생물 안전 규정에 따라 수행되었는지 확인했습니다. 인간 단핵구 THP-1 세포주를 사용하여 기재된 바와 같은 방법을 수행하였다(단계 1). 세포는 마이코박테리아에 감염되기 전에 포볼 12-미리스테이트 13-아세테이트(PMA)로 자극한 후 대식세포로 분화됩니다.
1. 세포 배양
2. Mtb 흡수의 정량화
3. 액체 배양 검출 시스템을위한 샘플 수확
참고: 감염 당일, 세포외 마이코박테리아는 세척에 의해 제거되고, 세포내 마이코박테리아는 대식세포의 한 웰(3시간 샘플)의 용해에 의해 수확되어 감염의 기준선 대조군으로 식균된 초기 양을 결정합니다. 후속 시간에 배지, 세포 용해물 및 세척물을 결합하여 총 마이코박테리아 성장을 측정합니다. 원하는 경우 세포외 및 세포내 성장도 별도로 평가할 수 있습니다.

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이 연구에 사용 된 자동화 된 액체 배양 기기는 10 분마다 CO2 수준을 모니터링합니다. 계기 병 바닥에 있는 센서의 색상 변화는 비색으로 측정되고 반사율 단위로 표시됩니다. 그런 다음 기기 소프트웨어는 검출 알고리즘을 적용하여 양성까지의 시간(TTP), 즉 접종 후 배양이 양성으로 플래그가 지정될 때까지의 일수를 계산합니다(그림 1A). 초기 접종물에서 TTP와 log10CFU(한천 플레이트 방법으로 결정)12 사이의 반비례 관계가 그림 1B에 나와 있습니다. 약리학적 억제제의 존재 또는 부재 하에 1-2에서 5-10 범위의 MOI에서 감염된 대식세포 내 Mtb 성장(그림 1C)을 설명된 자동 배양 방법 또는 고형 한천 상의 콜로니 열거에 의해 비교했을 때, 두 방법 모두에 의해 얻어진...
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저자들은 이 프로토콜에 설명된 액체 배양 방법을 사용하여 PMA11,16,17로 분화된 단핵구 유래 대식세포 및 폐포 대식세포 및 THP-1 세포에서 Mtb 성장을 모니터링했습니다. 이 기술은 또한 비부착성 세포(12)와 함께 사용하기 위해 변형될 수 있다. 보다 최근에이 기기는 TB17에 대한 HDT로서 흡입 된 모든 트랜스 레티노 산 (AtRA)을 평가하기위한 전임상 연구에도 사용되었습니다. 프로토콜의 중요한 단계에는 (1) 약물 전처리로 인한 차등 식균 작용과 같은 요인을 완화하고 더 낮은 MOI에서 발생할 가능성이 적은 세포 사멸을 최소화하기 위해 AFB 염색에 의한 Mtb 흡수를 제어하는 것, (2) MOI에 따라 세포 용해물을 희석하여 분석의 동적 범위를 최대화해야 할...
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이 연구는 Science Foundation Ireland (SFI 08 / RFP / BMT1689), 아일랜드의 Health Research Board [HRA-POR / 2012 / 4 및 HRA-POR-2015-1145] 및 Royal City of Dublin Hospital Trust가 자금을 지원했습니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| IX51 형광 현미경 | Olympus, 일본 | N/A | AFB 검출 및 이미징 |
| 2mL 마이크로튜브, 평평한 바닥, 나사 캡, 멸균 | Sarstedt, North Carolina, USA | 72.694.006 | Mtb 감염 macropahges |
| 5mL 주사기, Luer lock | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | SZR-150-031K | Macropahges/CFU |
| 50mL 튜브 | Sarstedt, North 미국 캐롤라이나, | 62.547.254 | Mtb 감염 macropahges |
| all-trans-Retinoic Acid (ATRA) ≥ 98% (HPLC) | Sigma Aldrich, Missouri, USA | R2625 | 호스트 지시 치료 후보 |
| BacT/ALERT 3D 미생물 검출 시스템 | Biomerieux ( Hampshire, UK) | 247001 | 국물 기반 비색 검출 시스템 |
| BACT/ALERT MP BACT/ALERT MP 영양 보충제 | Biomerieux (영국 햄프셔) | 414997 | 국물 기반 비색 검출 분석 |
| BACT/ALERT MP 배양 병 | Biomerieux (영국 햄프셔) | 419744 | 국물 기반 비색 검출 분석 |
| BD BBL Middlebrook ADC Enrichment, 20 mL | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | M0553 | Mycobacterium 액체 배양 |
| BD BBL Middlebrook OADC 농축, 20mL | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | M0678 | 콜로니 형성 단위 |
| 세포 스크레이퍼, 25cm | Sarstedt, North Carolina, USA | 83.1830 | 대식 세포 용해물 |
| 수확 Corning 주사기 필터, 0.2 &마이크로; m | Corning Incorporated, Germany | 431219 | 용해 완충액 |
| 살균 커버 유리(붕규산), 24 x 50mm, #1.5 두께 | VWR International Limited | 631 - 0147 | |
| Cycloheximide, from microbial | Sigma Aldrich, Missouri, USA | C7698 | Colony Forming Units |
| Dako Fluorescent Mounting Medium | Agilent Technologies Ireland Limited | S3023 | Antifade 장착 매체 |
| Dulbecco' s Phosphate Buffered Saline | Sigma Aldrich, Missouri, USA | D8537 | Mtb infection of macropahges |
| Fetal Bovine Serum, Gibco | Thermo Fisher, Massachusetts, USA | 10270106 | 대식세포 세포 배양 |
| 글리세롤, Difco | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 228220 | Colony Forming Units |
| Hoescht 33342 (bisBenzimide H 33342 trihydrochloride) | Sigma Aldrich, Missouri, USA | B2261 | 핵 염색 |
| IFNγ, 재조합 인간 | R& D Systems Inc, Minnesota, USA | 285-IF | 호스트 지시 치료 후보 |
| Labtek 2-well 챔버 슬라이드, sterile, Nunc | Thermo Fisher, Massachusetts, USA | TKT-210-150R | macropahges |
| L-Asparagine의 | Sigma Aldrich, Missouri, USA | A4159 | 콜로니 형성 유닛 |
| Linezolid | Sigma Aldrich, Missouri, USA | PZ0014 | 항생제 |
| Microlance Hypodermic Needle 25 G | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 300400 | Mtb 감염 macropahges/CFU |
| Middlebrook 7H10 Agar Base | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | M0303 | Colony Forming |
| Units Middlebrook 7H9 Broth Base | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | M0178 | Mycobacterium 액체 배양 |
| 변성 Auramine O Stain 및 탈색제 | Scientific Device Laboratory, IL, USA | 345-250 | AFB stain |
| Paraformaldehyde | Sigma Aldrich, Missouri, USA | 158127 | macropahges Petri dish의 Mtb 감염 |
| , 92 x 16mm (20/bag) | Sarstedt, North Carolina, USA | 82.1473.001 | Colony Forming Units |
| Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Sigma Aldrich, Missouri, USA | P8139 | 대식세포 배양 |
| Polysorbate 80, Difco | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 231181 | Mycobacterium liquid culture |
| RPMI-1640, Gibco | Thermo Fisher, Massachusetts, USA | 52400025 | 대식세포 배양 |
| 멸균 세포 스프레더, L-Shaped | Fisherbrand, Thermo Fisher, MA, USA | RB-44103 | 콜로니 형성 유닛 |
| T25 TC 플라스크, 앵글형 넥, 필터 캡, 멸균, Nunc | Thermo Fisher, 미국 매사추세츠 | 156367 | Mycobacterium 액체 배양 |
| THP-1 세포주 | ATCC, 미국 버지니아 | ATCC TIB-202 | 대식세포 배양 |
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