여기에서는 노출과 유사한 조건을 반영하기 위해 마우스 귀에 Mycobacterium avium 을 저선량 피내 접종하기 위한 프로토콜을 제시합니다.
여기에서는 노출과 유사한 조건을 반영하기 위해 마우스 귀에 Mycobacterium avium 을 저선량 피내 접종하기 위한 프로토콜을 제시합니다.
자연적인 비결핵성 마이코박테리아(NTM) 노출 또는 느리게 복제되는 유기체에 병리학을 기반을 둔 감염과 달리, 마우스 모델의 에어로졸 감염은 폐에서 박테리아 성장의 증가를 유발할 수 있습니다. 만성 에어로졸 및 전신 감염은 항진균 약물로 치료할 수 있으며, 이는 이전 노출을 반영할 수도 있지만, 이러한 절차는 시간이 오래 걸리고 자연 노출을 대표하지 않습니다. 이 프로토콜의 목표는 NTM 노출과 유사한 조건의 덜 침습적이며 더 많은 병진(translation)이 있는 마우스 모델을 개발하는 것입니다. 여기에서는 Mycobacterium avium (M. avium)을 사용하여 귀 조직을 통해 전임상 마우스에 피내 챌린지를 하여 노출을 모방하고 명백한 질병 없이 박테리아에 대한 면역 반응을 가능하게 하는 방법을 설명합니다. 이 기사에서는 피내 귀 주사 방법을 설명하고 지속적이고 억제된 마이코박테리아 감염의 존재를 확인하며, 이는 이 생체 내 모델에서 면역 반응을 조사할 수 있는 추가 기회를 제공합니다.
비결핵성 마이코박테리아(Nontuberculous Mycobacteria, NTM)는 종종 치료하기 어려운 병원성 박테리아의 하위 집합을 포함하는 종의 확장 목록이다 1,2. NTM은 토양, 물 및 물 에어로졸 3,4,5와 같은 환경 소스에서 찾을 수 있습니다. NTM 감염이 증가하고 있다는 보고된 추세에도 불구하고, 전체적으로 볼 때 미국 전역의 20개 미만 주에서 일상적으로 보고되고 있습니다.6,7. 낭포성 섬유증이 있는 사람 또는 면역억제제를 복용하는 사람을 포함하여 특정 동반 질환이 있는 개인은 병원성 NTM 종에 대한 생산적인 감염 위험이 증가합니다2. 그러나 건강한 개인은 강력하거나 만성적인 감염으로 이어지지 않고 환경적 원인을 통해 NTM에 반복적이고 지속적으로 노출된 것으로 추정됩니다. NTM 노출이 백신 접종8, 다른 마이코박테리아에 노출된 후의 결과, 진단 검사9에서 마이코박테리아 항원에 대한 전반적인 면역 반응을 '전제 조건'으로 만들 수 있다는 증거가 있지만, 현재까지 이러한 종류의 노출에 대한 전임상 모델링은 어려웠다.
만성 폐 감염10 및 병원체 특이적 백신 효능 연구에 활용되는 치료법은 상대적으로 무해한 환경 노출을 나타내지 않으며, 그에 따른 면역 반응이 다를 것으로 추정된다. 예를 들어, 만성 감염은 심각한 조직 손상과 질병 전파를 유발할 수 있다10. 최근 Henao-Tamayo lab11에서 식수를 통해 NTM에 노출되는 마우스 모델을 포함하여 이러한 연구 격차를 해소하기 위한 추진력이 높아지고 있으며, 이 실험에서 NTM 노출에 대한 면역 반응을 자세히 조사했습니다. 잠복 결핵(TB)은 전임상 동물에서 모델링하기 어려운 마이코박테리아 감염의 또 다른 질병 상태입니다. Kaufmann 연구실은 C57BL/612 및 NOS2-/-13 마우스에서 M. tuberculosis를 이용한 피내 귀 감염을 개척하여 잠복 결핵 감염, 재활성화를 모방하고 저산소성 육아종의 메커니즘을 특성화했습니다. Nemeth 등은 포함된 피내 귀 모델을 활용하여 M. tuberculosis에 대한 이전 노출을 모방하고 뚜렷한 면역 반응을 특성화하여 이것이 후속 챌린지 결과에 어떤 영향을 미치는지 확인했습니다14. 피내귀 모델은 M. tuberculosis 균주 H37Rv 및 Erdman의 104 CFU(colony-forming units)를 사용하여 성공적으로 보고되었지만 현재까지 NTM 분리물을 사용하여 테스트되지 않았습니다.
이 방법의 전반적인 목표는 노출에 대한 면역 반응과 관련하여 추가로 연구할 수 있는 다른 챌린지 경로로 인한 질병을 제한하는 재현 가능한 NTM 귀 챌린지 모델을 확립하는 것입니다. 감수성이 있는 C57BL/6 마우스가 음용수에 고용량의 M. avium을 노출시키면 노출된 마우스보다 더 많은 감염 유사 상태가 발생한다11. 그러므로, 이 기술을 개발하기 위한 이론적 근거는 M. tuberculosis를 상대적으로 더 높은 도전 용량으로 귀 진피에 대한 도전 유기체로 사용하는 이전의 성공을 포함합니다 12,13,14. 여기서, 우리는 이전에 보고된 박테리아 농도12,13,14(10, 2 CFU)의 절반에서 M. avium isolate에 대해 모델을 성공적으로 적용할 수 있는지 여부를 평가하는 것을 목표로 했습니다. 우리는 감염이 아닌 NTM 노출에 대한 새로운 모델을 발전시키는 것이 건강 및 향후 감염/백신 접종 역학에 미치는 영향에 대한 뛰어난 생물학적 질문을 해결하는 데 도움이 될 것으로 기대합니다.
암컷 C57BL/6은 생후 6-7주에 연구용 모델 공급 실험실에서 구입했습니다. 생쥐는 병원체가 없는 조건에서 SCRI(Seattle Children's Research Institute) 생물안전 레벨 2(BSL-2) 동물 시설에 수용되었으며 SCRI 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)에서 승인한 실험 프로토콜에 따라 처리되었습니다. 모든 방법은 동물 복지와 관련된 관련 지침 및 규정에 따라 수행되었습니다. 이 연구소는 USDA Certificate #91-R-0061 및 PHS Assurance #A4337-01에 따라 운영됩니다. 연구에 사용된 시약 및 장비의 세부 정보는 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 접종을 위한 세균 스톡의 제조
2. 동물의 준비 및 마취
3. 접종 플랫폼 및 재료 준비
4. 귀 진피 접종
5. 세균 부담 평가
우리는 위에 설명된 프로토콜을 사용하여 귀 진피를 감염 또는 노출 경로로 사용하는 재현 가능한 NTM 챌린지 모델을 확립할 수 있는지 여부를 결정했습니다. 챌린지 후 28일 시점에 두 동물로부터 귀를 수집하여 균질화하고 마이코박테리아 선택적 7H10 배지에 설명된 대로 도금했습니다. 우리는 M. avium 이 피내 이의를 제기한 귀에서 28일 동안 지속되었고, 이의가 제기되지 않은 귀에는 M. avium 이 없는 것을 관찰했습니다(그림 2).
감염 후 28일이 지날 때까지 감염되지 않은 귀로의 전파는 관찰되지 않았지만, 잠복 결핵 모델링을 위해 이 귀 진피 모델을 사용하는 다른 사람들은 다른 원위 장기 부위로의 전파를 관찰했다14. 우리는 더 적은 용량의 챌린지와 M. avium isolate를 사용하면 만성 감염 에 비해 노출을 더 잘 반영할 수 있는 나중 시점으로의 전파를 줄일 수 있다는 가설을 세웠습니다. 그러므로, 안락사는 감염 후 28일, 56일, 90일 및 132일에 n=5 M. avium 에 도전한 마우스의 코호트에서 수행되었습니다. 다음 기관은 귀 조직에 대해 설명된 것과 동일한 프로토콜로 균질화되었습니다: 폐, 비장, 배출 림프절(DLN) 및 뇌. 이러한 도전 경로는 시간이 지남에 따라 산발적으로 확산되는 결과를 낳았으며, 감염 후 56일 또는 90일까지 검사한 장기에서 가산 가능한 CFU를 보인 동물은 절반 미만이었습니다(표 1). 챌린지 후 132일이 지났을 때, 모든 마우스는 비장에서 M. avium 이 검출되었지만(n = 5/5 동물 평가) 이 시점까지 다른 장기에는 최소한(DLN에서 n = 1/5) 또는 아예 (폐 또는 뇌에서 n = 0/5) 박테리아가 있는 것으로 보였습니다(표 1).

그림 1: 베벨 면이 위를 향하도록 하는 바늘의 방향. 바늘을 삽입하기 전에 접종을 적절하게 시행하기 위해 베벨 쪽이 위를 향해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 챌린지 후 28일 후 M. avium 에 의한 귀 조직 집락화. 암컷 C57BL/6 마우스는 102 CFU의 Mycobacterium avium을 귀에 챌린지했습니다. 도전받은 귀(+)는 28일째에 도전하지 않은 귀(-)와 비교되었으며, 각 동물은 다른 색상과 기호로 표시된 단일 실험에서 n=2개의 개별 동물을 보여주었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 시간(일) | 장기 로그10 CFU | |||
| 부아 | 지라 | 증권 시세 표시기 | 뇌 | |
| 28 | 3.08, ND, ND, ND, ND | 2.81, ND, ND, ND, ND | ND, ND, ND, ND, ND | 0.78, 0.90, 사타, 사타, 사일드, 사일드, 사일드, 아냐 |
| 56 | 2.30, ND, 노스다코타, 노스다코타, 노스다코타 | 1.53, 3.43, 사타, 사타, 사일드, 사타남 | 2.78, ND, ND, ND | 1.20, ND, 노스다코타, ND, ND |
| 90 | ND, ND, ND, ND, ND | 0.60, 3.35, 3.26, 사분, 사타남 | ND, ND, ND, ND, ND | 0.60, 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 = 림프절 배출, ND = 감지되지 않음 | ||||
표 1: 챌린지 후 시간이 지남에 따라 귀에서 M. avium 의 전파. 폐, 비장, 배출 림프절(DLN) 및 뇌는 챌린지 후 시점당 n=5 마우스에서 수확되었습니다. 균질화된 조직을 도금하고 박테리아 성장을 평가했습니다. 장기 CFU는 박테리아가 계수되고 검출되지 않은 경우(ND) 로그10 변형 값으로 표시되었으며, 플레이팅된 모든 농도에서 CFU가 관찰되지 않았습니다. 한 실험을 대표하는 시간 과정 데이터.
여기에서는 포함된 피내 귀 모델에서 마이코박테리아를 사용하여 마우스에 재현성 있는 챌린지를 하는 방법을 보여주었습니다. 이 절차를 수행할 때 멸균 예방 조치를 따르고 바늘에 찔린 부상을 방지하는 것이 중요합니다. 이 접종 방법에서는 진피 공간이 귀를 통해 완전히 뚫리지 않도록 적절한 설치 스테이션과 좋은 조명을 갖추는 것이 중요합니다. 그런 일이 발생하면 연구에 따라 다른 쪽 귀에 두 번째 시도를 할 수 있습니다. 동일한 마우스 내에서 처리되지 않은 귀도 마우스별 제어로 사용할 수 있습니다. 이 방법은 장비나 시간에 대한 최소한의 요구로 연구자가 접근할 수 있어야 합니다. 생쥐와 훈련에 시간을 할애하면 프로토콜의 접종 성공률에 도움이 됩니다. 이 기법에서 가장 흔한 오류는 주사기로 피내 공간에 들어가지 않거나(귀를 뚫는 경우) 주사기를 너무 빨리 눌러 피내 공간에서 바늘이 일관되지 않게 전달되거나 미끄러지는 것입니다. 좋은 조명과 배율은 접종을 위해 바늘의 올바른 위치에 도움이 될 수 있습니다.
우리는 NTM의 '노출과 유사한' 조건에 대한 방법론을 활용하고 있습니다. M. avium 의 대다수는 귀 또는 DLN에 함유되어 있습니다. 그러나 이 방법론의 한계는 도전 후 132일까지 평가된 모든 동물에서 전신 기관, 즉 비장으로의 전파가 관찰되었다는 것입니다. 전파의 양이나 빈도를 줄일 수 있는 세균 접종의 역치가 있을 수 있으며, 이는 적정 연구를 통해 달성할 수 있습니다. 이 절차는 연구 질문에 따라 유기체(예: 다른 NTM 종)와 전달되는 용량을 모두 수정할 수 있습니다.
인간의 행동(적절한 음용수 처리 부족, 오염, 흡연),15 세 및 기타 동반 질환으로 인해 건강이 악화된 사람들의 증가, 적절한 진단 검사의 부족, 기후 변화16 등이 NTM 감염률 증가에 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 추세는 가까운 장래에 증가할 것으로 보인다. 우리는 식수를 통한 점막 전달11 또는 생쥐의 NTM에 의한 피내 격리 귀 감염과 같은 모델이 이러한 노출 증가가 후속 백신 접종 및 백신 효능에 어떤 영향을 미칠지 결정할 수 있는 기회를 제공할 것을 제안합니다. 우리는 M. avium에 대해 포함된 귀 모델의 이 방법론을 적용했지만, 다른 NTM 종에 대해 노출 기술로 성공적으로 사용될 수 있다고 제안합니다.
저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.
저자는 이 연구를 통해 동물을 특별히 돌봐준 헌신적인 사육장 직원에게 감사를 표합니다. 저자들은 또한 이 연구에 사용된 M. avium 균주를 공유해 준 콜로라도 주립 대학의 Henao-Tamayo Lab에 감사를 표합니다. 저자는 시애틀 아동 연구소(Seattle Children's Research Institute)의 Aderem 및 Urdahl 연구소 구성원들에게 독창적인 방법론에 대한 교육을 제공한 것에 대해 감사를 표합니다. 이 프로젝트는 계약 번호 75N93021C00029(RNC에) 및 보조금 R01AI125160 및 R01AI183642(RNC 및 SLB)에 따라 국립 알레르기 및 전염병 연구소(National Institute of Health), 국립 보건원(National Institutes of Health), 보건 복지부(Department of Health and Human Services)의 연방 기금으로 전체 또는 부분적으로 자금을 지원받았습니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 0.05% Tween80 | Sigma | P6224 | |
| 1mL 주사기 | Fisher | 15-823-434 | |
| 7H10 한천 삼판 | Moltox | 21-40S234 | |
| 26G 무딘 바늘 | Fisher | NC0981254 | |
| 생물 안전 캐비닛 | Nuaire | NU-543-400 | |
| CO2 인큐베이터 | Fisher Scientific | 15-103-0513 | |
| 양면 테이프 | 스카치 | 3136 | |
| 해밀턴 701 N 마이크로리터 주사기 | 피셔 | 14-824-16 | |
| 경조직 옴니 팁 | 피셔 | 15-340-102 | |
| 가열 패드 | 켄트 사이언티픽 | HTP-1500 | |
| 인슐린 바늘 | 피셔 | NC1551333 | |
| 케타민 | Patterson 수의학 | 07-890-8598 | |
| 조명 돋보기 | Brightech | B07MMZ27QK | |
| PBS | ThermoFisher | 10010072 | |
| 티슈 균질화기 | Omni | TH115 | |
| 티슈 균질화기 스탠드 | Omni | S1000 | |
| Xylazine | Patterson Veterinary | 07-808-1947 |