Methodenartikel

Een zebravis Embryo Model voor In Vivo visualisatie en Intravital analyse van Biomaterial-geassocieerde goudhoudende Stafylokok infectie

DOI:

10.3791/58523

⸱

7 januari 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Medical Microbiology, Amsterdam UMC, 2Technical Medical Center, Department of Biomaterials Science and Technology, University of Twente, 3Department of Biomedical Engineering, W.J. Kolff Institute, University Medical Center Groningen, University of Groningen, 4Institute of Biology, Leiden University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De huidige studie beschrijft een zebravis embryo model voor in vivo visualisatie en intravital analyse van biomaterial-geassocieerde infectie na verloop van tijd op basis van fluorescentie microscopie. Dit model is een veelbelovende aanvulling op zoogdieren dierlijke modellen zoals Muismodellen voor het bestuderen van de biomaterial-geassocieerde infecties in vivo.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biomaterial-geassocieerde infectie (BAI) is een belangrijke oorzaak van het mislukken van biomaterialen/medische apparaten. Staphylococcus aureus is een van de belangrijkste ziekteverwekkers in BAI. Huidige BAI zoogdieren proefdieren modellen zoals Muismodellen zijn kostbaar en tijdrovend, en dus niet geschikt voor hoge doorvoer analyse. Dus, roman diermodellen als aanvullende systemen voor het onderzoeken van BAI in vivo gewenst zijn. In de huidige studie, we gericht op het ontwikkelen van een zebravis embryo model voor in vivo visualisatie en intravital analyse van bacteriële infectie in het bijzijn van biomaterialen gebaseerd op fluorescentie microscopie. Bovendien, werd de reactie uitgelokt macrofaag bestudeerd. Te dien einde, we gebruikt fluorescente proteïne-uiten S. aureus en transgene zebrafish embryo's uiting van fluorescente proteïnen in hun macrofagen en ontwikkelde een procedure om te injecteren bacteriën alleen of samen met de microsferen in de spier weefsel van embryo's. Als u wilt controleren de progressie van de bacteriële infectie in levende embryo's na verloop van tijd, bedacht we een eenvoudige maar betrouwbare methode van microscopische scoren van fluorescerende bacteriën. De resultaten van microscopische scoren toonden aan dat alle embryo's met meer dan 20 kolonie-vormende eenheden (kve) van bacteriën een positief fluorescent signaal van bacteriën leverde. De potentiële effecten van biomaterialen op infectie te studeren, vastbesloten wij de CFU aantallen S. aureus met en zonder polystyreen microsferen van 10 µm (PS10) als model biomaterialen in de embryo's. Bovendien, we gewend het projectbestand ObjectJ "Zebrafish-Immunotest" uit ImageJ kwantificeren van de intensiteit van de fluorescentie van S. aureus -infectie met en zonder PS10 na verloop van tijd. Resultaten van beide methoden toonde hogere aantallen S. aureus in besmette embryo's met microsferen dan in de embryo's zonder microsferen, met vermelding van een verhoogde infectie gevoeligheid in aanwezigheid van de biomaterial. Dus toont de huidige studie het potentieel van de zebravis embryo model te studeren BAI met de methoden die hier ontwikkeld.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een verscheidenheid van medische hulpmiddelen (hierna aangeduid als "biomaterialen") worden steeds meer gebruikt in de moderne geneeskunde op herstel of vervanging van menselijk lichaam deel1. De inplanting van biomaterialen predisposes echter een patiënt aan infectie, genaamd een biomaterial-geassocieerde infectie (BAI), die een belangrijke complicatie van implantaten in de chirurgie. Staphylococcus aureus en Staphylococcus epidermidis zijn de twee meest voorkomende bacteriële soorten verantwoordelijk voor BAI2,3,4,5,6. Geïmplanteerd biomaterialen vorm een gevoelig voor bacteriële biofilm vorming oppervlak. Bovendien is lokale immuunrespons kan worden gestoorde door de geïmplanteerde biomaterialen, waardoor verminderde effectiviteit van bacteriële goedkeuring. De eerste goedkeuring van bacteriën infecteren gebeurt voornamelijk door infiltreren neutrofielen, die sterk verminderde bactericide capaciteit in aanwezigheid van een ingevoegde of geïmplanteerd biomaterial7. Bovendien, macrofagen infiltreren het weefsel na de initiële toestroom van neutrofielen zal phagocytose de resterende bacteriën maar kan niet effectief doden hen intracellulair, als gevolg van de gestoorde immuun signalering dat is een gevolg van de gecombineerde aanwezigheid van de biomaterial en bacteriën8. Aldus, de aanwezigheid van biomaterialen intracellulair overleven van bacteriën9,10,11,12,13 en biofilm vorming op de geïmplanteerde kan vergemakkelijken biomaterialen4,14. Bijgevolg, BAI kan leiden tot het falen en behoefte aan vervanging van geïmplanteerde biomaterialen, waardoor verhoogde morbiditeit en mortaliteit en langdurige ziekenhuisopname met extra kosten2,15.

Een toenemend aantal anti-BAI strategieën worden ontwikkeld2,16,17. In vivo evaluatie van de werkzaamheid van deze strategieën in relevante diermodellen is essentieel. Traditionele experimentele BAI dierlijke modellen (bijvoorbeeld, -Muismodellen) zijn echter meestal duur, tijdrovend en dus niet geschikt voor hoge throughput testen van meerdere strategieën18. Recente ontwikkeling van bio-optische beeldvormingstechnieken op basis van bioluminescente/TL etikettering van gastheer cellen en bacteriën kan toestaan voor de continue bewaking van BAI progressie en host-pathogen/host-materiaal interacties in één kleine dieren zoals muizen18,19,20,21. Echter, deze techniek is relatief complexe en nog in de kinderschoenen, en verschillende kwesties moeten worden aangepakt voor kwantitatieve analyse van BAI18. Bijvoorbeeld, is een uitdaging van hoge dosis vereist voor het visualiseren van bacteriële kolonisatie. Daarnaast licht verstrooiing en adsorptie van bioluminescentie/fluorescentie signalen in weefsels van zoogdiercellen dieren moeten ook worden aangepakt18,19,21. Roman, kosteneffectieve diermodellen waardoor intravital visualisatie en kwantitatieve analyse na verloop van tijd zijn dus waardevolle aanvullende systemen voor het bestuderen van BAI in vivo.

Zebrafish (embryo's) zijn gebruikt als een veelzijdig in vivo instrument voor het ontleden van de gastheer-pathogeen interacties en pathogenese van de infectie van verschillende bacteriesoorten zoals mycobacteriën22, Pseudomonas aeruginosa23, Escherichia coli24, Enterococcus faecalis25en staphylokokken26,27. Zebravis embryo's hebben veel voordelen zoals optische transparantie, een relatief lage onderhoudskosten, en het bezit van een vrijwel gelijkwaardig aan die in zoogdieren28,29immuunsysteem. Dit maakt de zebravis embryo's een zeer economische, levens modelorganisme voor intravital visualisatie en analyse van de progressie van de infectie en de bijbehorende host reacties28,29. Visualisatie van cel gedrag toestaan in vivo, transgene zebrafish lijnen met verschillende soorten immuuncellen (b.v., macrofagen en neutrofielen) en zelfs met fluorescently tagged subcellular structuren zijn ontwikkeld28 ,29. Het tempo hoge reproductie van de zebravis biedt bovendien de mogelijkheid van het ontwikkelen van hoge-doorvoer testsystemen met geautomatiseerde robot injectie, geautomatiseerde fluorescentie kwantificering en RNA sequentie analyse27, 30.

In de huidige studie, we gericht op het ontwikkelen van een zebravis embryo model voor biomaterial-geassocieerde infectie met behulp van fluorescentie beeldvormingstechnieken. Te dien einde ontwikkeld we een procedure voor het injecteren van bacteriën (S. aureus) in aanwezigheid van biomaterial microsferen in het spierweefsel van de zebravis embryo's. We gebruikten S. aureus RN4220 waarin mCherry TL proteïne (S. aureus- mCherry), die werd gebouwd zoals elders beschreven voor een ander S. aureus -stam-10,31. De transgene zebrafish lijn (mpeg1: UAS/Kaede) uitdrukken Kaede groen fluorescent proteïne in de macrofagen32 en blauw TL polystyreen microsferen werden gebruikt. In een eerdere studie, hebben wij aangetoond dat intramusculaire injectie van microbolletjes in zebrafish embryo's na te bootsen biomaterial implantatie haalbaar33. Om de progressie van BAI en infiltratie van de bijbehorende cel in één embryo's na verloop van tijd kwantitatief te analyseren, gebruikten we het projectbestand "Zebrafish-Immunotest", die wordt beheerd binnen "ObjectJ" (een plug-in voor ImageJ) te kwantificeren van de intensiteit van de fluorescentie van bacteriën die woonachtig en macrofagen infiltreren in de buurt van de injectieplaats microsferen33. Bovendien, wij vastbesloten de nummers van de kolonie-vormende eenheden (kve) van bacteriën in de aanwezigheid en de afwezigheid van microbolletjes in de embryo's potentiële effecten van biomaterialen op infectie te bestuderen. Onze huidige studie toont aan dat met de methoden die hier ontwikkeld, de zebravis embryo een veelbelovende, roman gewervelde dieren model is voor het bestuderen van de biomaterial-geassocieerde infecties in vivo.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dit protocol is onderhoud van volwassen zebrafish in overeenstemming met de lokale dierenwelzijn verordeningen zoals goedgekeurd door de Commissie van de lokale dierenwelzijn. Experimenten met embryo's werden uitgevoerd volgens de richtlijn 2010/63/EU.

1. voorbereiding van de "Bacteriën-only" en bacteriën-microsferen schorsingen

Opmerking: De RN4220 van S. aureus -stam uitdrukken mCherry TL proteïne (S. aureus- mCherry) wordt gebruikt. De RN4220-stam van S. aureus is gemuteerd in de virulentie regulator gene agrA (accessoire gene regelgever A)34, en daarom wellicht relatief lage virulentie in de zebravis embryo model. Andere S. aureus stammen of andere bacteriesoorten voor BAI kan worden gebruikt.

  1. Neem 4 tot en met 5 bacteriekolonies S. aureus RN4220 uit al soja agar cultuur platen aangevuld met 10 µg/mL chlooramfenicol en cultuur van de bacteriën te midden-logaritmische groeifase in 10 mL al soja Bouillon aangevuld met 10 µg Mo/mL chlooramfenicol bij 37 ° C onder het schudden.
    1. Tijdens cultuur, Verdun 100 µL van de bacteriële suspensie in 900 µL steriele fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) in een cuvet (breedte van 1 cm) voor een meting van de optische dichtheid (OD) bij 620 nm (OD620). Cultuur de bacteriën totdat de OD620 0,4-0,8 tot.
      Opmerking: Een OD620 0.1 doorgaans overeen met 3.0 x 107 CFU/mL S. aureus. De OD-620 van een entmateriaal van bacteriën in mid logaritmische groeifase is tussen 0,4-0,8. Verschillende perioden voor kweken kunnen worden vereist voor andere soorten en stammen van bacteriën.
  2. Centrifugeer bacteriën bij 3500 x g gedurende 10 minuten en resuspendeer de Ingehuld bacteriën in 1 mL steriele PBS. Vervolgens wassen de bacteriën met steriel PBS 2 keer, en ten slotte resuspendeer de bacteriën 1.1 van oplossing in mL 4% (m/v) Polyvinylpyrrolidon40 (PVP40) in PBS.
  3. Vortex deze bacteriële suspensie en verdunde 100 µL van de suspensie in 900 µL van steriele PBS in een cuvet voor de OD620 meting. Aanpassen van de concentratie van de bacteriële suspensie met PVP40 oplossing. Dit is de "Bacteriën-only" schorsing.
  4. Biomaterialen kunnen vrij worden gekozen om te mengen met bacteriële suspensie. In de huidige studie, worden commerciële polystyreen (PS) microsferen (blauwe fluorescerende, 10 µm) gebruikt. Voor het genereren van een schorsing van de bacteriën-microsferen, centrifugeer de microsferen voor 1 min op 1000 x g, kamertemperatuur, verwijder het supernatant en resuspendeer de microsferen in de schorsing van het "Bacteriën-only" (in PVP40 oplossing).
  5. Om het injecteren van ongeveer gelijke doses van bacteriën in de aanwezigheid en de afwezigheid van microsferen, moet de concentratie van bacteriën-microsferen schorsing tweederde van de concentratie van de "Bacteriën-only" vering (zonder microbolletjes). Dit wordt bereikt door verdunning van de bacteriën-microsferen vering met 0.5 volume PVP-40 -oplossing. Meng de schorsingen door vortexing. Van de nota, is deze ratio (twee derde) vastgesteld voor S. aureus. Het is ook geschikt voor S. epidermidis, maar het is aangeraden om te controleren of deze verhouding ook voor andere bacteriesoorten en andere maten (dan 10 µm) of vormen van biomaterialen (dan microbolletjes geldt) te worden geïnjecteerd.
  6. Controleer de concentratie van de "Bacteriën-only" en bacteriën-microsferen schorsing door kwantitatieve cultuur 10-fold seriële verdunningen zoals hieronder: overdracht 100 µL van de schorsingen tot een 96 well-plate en serieel verdund door de overdracht van 10 µL aliquots van het schorsing in 90 µL van steriele PBS. Dubbele 10 µL aliquots van het onverdunde en het verdunde schorsingen op agarose platen plaat, Incubeer de platen bij 37 ° C's nachts, tellen de kolonies en berekenen van het aantal bacteriën (kolonie-vormende eenheden. CFU).

2. fokken, oogsten, en het onderhoud van de zebravis embryo's

  1. Volg de algemene procedures beschreven eerdere35,36 voor fokken, oogsten, en het onderhoud van zebrafish de embryo, met wijzigingen die hieronder worden beschreven. Een gezin van wild type Tupfel lange fin (TL) zebrafish of zebrafish voor de geselecteerde transgene lijn kruis (hier, Mpeg1: Kaede) in een tank met een net toegevoegd voor het opwekken van de volwassen vrouwtjes voor de productie van eieren nadat het lampje op, vervolgens volwassenen van de geproduceerde eieren scheiden.
  2. Verzamelen van de embryo's de volgende dag en negeren niet-transparante degene die niet rendabel zijn. Houd ongeveer 60 embryo's per petrischaal (diameter van 100 mm) in E3 middellange37 en Incubeer bij 28 ° C. Verwijderen van dode en abnormale embryo's, en het E3-medium dagelijks te vernieuwen.

3. voorbereiding van de injectie naalden

  1. De glazen microcapillary naalden voor injectie met behulp van een micropipet trekker instrument voor te bereiden. Gebruik de volgende instellingen: warmte: 772, trekken: 100, vel: 200, tijd: 40, gas: 75.
  2. Breken de naald-tip met een tang op de positie waar de naald een buitendiameter van ongeveer 20 µm (voor 10 µm microbolletjes) heeft, met behulp van een lichte Microscoop met een schaal bar in het oculair. Vermijd naalden met een zeer grote opening grootte, omdat zij overleving van de embryo's in gevaar zal brengen.
    Opmerking: De opening kan worden gekozen als kleiner of groter, afhankelijk van de grootte en vorm van biomaterialen te worden geïnjecteerd. In de literatuur, zijn injecties met behulp van naalden met een opening van ongeveer 50 µm bij veroorzaken een significante afname van de embryo overleving38gemeld.

4. injectie "Bacteriën-Only" of de opschorting van de bacteriën-microsferen in Zebrafish embryo 's

  1. Verwarm agarose oplossing (1-1,5% (wt) in demi-water) met behulp van een magnetron-oven en giet in een petrischaal 100 mm. Plaats een plastic mal sjabloon bovenop de agarose oplossing in de petrischaal te creëren de inkepingen in de agarose voor het plaatsen van embryo's in de juiste posities, vergemakkelijking van injecties. Incubeer bij kamertemperatuur en de schimmel te verwijderen wanneer de agarose oplossing heeft verhard.
  2. Bij 3 d na bevruchting, de embryo's in een 100 mm petrischaal met 0,02% (m/v) 3-aminobenzoic zuur (tricaïne) naar anaesthetize hen te plaatsen. Na 5 min, transfer van de embryo's naar de agarose plaat bedekt met E3 opslagmedium met 0,02% (m/v) tricaïne en ze in dezelfde afdrukstand voor injectie uitlijnen. Voor de Mpeg1: Kaede transgene regel eerst anaesthetize embryo's in E3 middellange met 0,02% (m/v) tricaïne. Selecteer vervolgens embryo's groen fluorescente proteïnen met behulp van een stereo fluorescentie Microscoop uitdrukken.
  3. Laden van de naald met ongeveer 10 µL van de ophanging van het "Bacteriën-only" of bacteriën-microbolletjes met een microloader Pipetteer tip. Monteer de naald op een micromanipulator aangesloten op de micro-injector. Voor de injector hier (zie tabel of Materials), gebruik de volgende instellingen voor injecties voor 2 – 3 nL gebruikt: druk: 300-350, tegendruk: 0, time: 2 ms.
    Opmerking: De instellingen voor de micro-injector is afhankelijk van de injector gebruikt. Injector instellingen wellicht worden aangepast voor injecties van bacteriën gemengd met biomaterialen met andere vormen of maten.
    1. Gebruik naalden met de dezelfde opening voor de injectie van de vering van het "Bacteriën-only" en de bacteriën-microsferen schorsing. Als de naald is gebroken of verstopt, altijd wijzigen voor een nieuwe naald voor verdere injecties.
  4. Steek de naald in het spierweefsel van embryo's onder een lichte Microscoop (Figuur 1), onder een hoek van 45 – 60 ° tussen de naald en het lichaam van embryo's. Pas de positie van de naald in het weefsel door zachtjes heen en weer te bewegen. Injecteer de embryo's met behulp van een voetpedaal aangesloten op de micro-injector.
  5. Na injectie van fluorescerende bacteriën, scoren de embryo's voor succesvolle infectie onder een stereo fluorescentie Microscoop. Gooi de embryo's scoorde negatieve (geen zichtbare fluorescerende bacteriën of geen zichtbare fluorescerende microbolletjes). Handhaven van embryo's afzonderlijk in E3 medium in 48-Wells-platen. Het medium dagelijks verversen

5. neerslaan van embryo's, microscopische scoren en kwantitatieve cultuur van bacteriën

  1. Score van alle embryo's microscopisch voor de aanwezigheid van fluorescerende bacteriën met behulp van een stereo fluorescentie Microscoop, onmiddellijk na de injecties, en op elke latere dag totdat de embryo's worden willekeurig geselecteerd voor kwantitatieve cultuur beginnen.
  2. Willekeurig selecteren van een paar levende besmette embryo's (5 tot 6 in de huidige studie) kort na de injectie en individueel overbrengen naar aparte 2 mL slangen met behulp van steriele tips. Verwijderen van het medium, de embryo's zachtjes met steriel PBS keer wassen en voeg 100 µL van steriele PBS.
  3. 2 – 3 steriele Zirkonia kralen (2 mm diameter) toevoegen aan elke flacon en crush de embryo's met behulp van de homogenizer (Zie Tabel van materialen) bij 3500 t/min voor 30 s. cultuur het homogenaat kwantitatief zoals beschreven in stap 1.3.
    Opmerking: Andere homogeniseerders mogelijk verschillende instellingen.
  4. Selecteer meerdere embryo's willekeurig op de daaropvolgende dagen na injectie voor kwantitatieve cultuur volgens stap 5.3.

6. fluorescentie microscopie van progressie van de infectie en uitgelokt cel infiltratie in Zebrafish embryo 's

  1. Anaesthetize de embryo's zoals beschreven in stap 4.2. Pipetteer 500 µL van een PBS - 2% (wt) methyl cellulose-oplossing in een petrischaal met E3 medium met 0,02% (m/v) tricaïne. Plaats de embryo's in de methyl cellulose oplossing en houd ze rechte en horizontale.
    Opmerking: Methyl cellulose oplossing wordt gebruikt als een "lijm", die als gevolg van de viscositeit, kan tijdelijk immobiliseren embryo's beste afdrukstand voor imaging.
  2. Gebruik een stereo fluorescentie Microscoop voorzien van heldere veld, mCherry, groen fluorescente proteïne (GFP) en UV filters op afbeelding individuele embryo's onder identieke geoptimaliseerde instellingen (bijvoorbeeld een, intensiteit, winst en blootstelling tijd) op 160 x vergroting . Het brandvlak zo ingesteld dat het weefselschade veroorzaakt door de injectie in beeld is, met behulp van de lichte Veldfilter. De diepte van de Z-stack vastgesteldop 10 µm en stap grootte op 5 µm, die zorgt voor de opname van 3 opeenvolgende beelden.
  3. Afbeelding individuele embryo's eenmaal daags uit 5 h na injectie tot 2 dagen na injectie. Dode embryo's (geen hartslag of embryo gedeeltelijk afgebroken) zijn exclusief voor verdere beeldvormings- en analyse. Handhaven van embryo's afzonderlijk in E3 medium in 48-Wells-platen. Het medium dagelijks verversen

7. kwantitatieve analyse van de intensiteit van de fluorescentie van progressie van de infectie en uitgelokt cel infiltratie met behulp van Object J projectbestand "Zebrafish-Immunotest"

  1. "Zebrafish-Immunotest" en de gedetailleerde handleiding downloaden vanaf de link: < https://sils.fnwi.uva.nl/bcb/objectj/examples/zebrafish/MD/zebrafish-immunotest.htmL>, zoals wordt beschreven in een eerdere studie33. Kortom, open afbeeldingen met "Zebrafish-Immunotest", die onder het freeware programma Image J. p.a. In elke geladen afbeelding, handmatig aangeven dat het injectiegebied op basis van de waargenomen weefselschade van embryo's.
    Opmerking: De gemarkeerde site door "Zebrafish-Immunotest" wordt gebruikt als het middelpunt te sporen van de piek van de fluorescentie binnen een afstand van 50 µm. De gedetecteerde fluorescentie piek wordt vervolgens gebruikt als het midden van een gestandaardiseerde gebied (diameter van 100 µm) voor fluorescentie-meting.
  2. Klik op "berekening" in het menu Object J uit te voeren van de fluorescerende meting voor meerdere kanalen, indien van toepassing, automatisch voor alle afbeeldingen. De gegevens worden geëxporteerd en analyseren door passende statistiek testmethoden.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De huidige studie beoordeeld de toepasselijkheid van de zebravis embryo's als een roman gewervelde diermodel voor het onderzoeken van biomaterial-geassocieerde infectie. Microinjection techniek is vaak gebruikt om te injecteren van verschillende bacteriesoorten in zebrafish embryo's tot infectie22,26,27,30,36. Met behulp van de...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biomaterial-geassocieerde infectie (BAI) is een ernstige klinische complicatie. Een beter begrip van de pathogenese van BAI in vivo zou bieden nieuwe inzichten ter verbetering van de preventie en behandeling van BAI. Huidige experimentele BAI dierlijke modellen zoals lymfkliertest modellen zijn echter duur, arbeidsintensief, en vereisen gespecialiseerde personeel opgeleid in complexe chirurgische technieken. Deze modellen zijn daarom niet geschikt voor hoge doorvoer analyse. Aangezien eisen voor zebrafish embryo modellen...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie werd financieel ondersteund door de IBIZA-project van de biomedische materiaal (BMM) programma en medegefinancierd door het Nederlandse ministerie van economische zaken. De auteurs bedank Prof. Dr. Graham Lieschke van Monash University in Australië voor het verstrekken van de zebravis transgene lijn (mpeg1:Gal4 / UAS:Kaede).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Tryptic soya agarBD Difco236950Mediavoorbereidingseenheid bij AMC
Tryptic soya brothBD Difco211825
Polyvinylpyrrolidon40ApplichemA2259.0250
Polystyreen microsferen met een diameter van 10 µm (blauw fluorescerend)Life technology/ThemoFisherF8829
Glas microcapillair (1 mm O.D. x 0,78 mm I.D.)Harvard Apparatus30-0038
Micropipet puller instrumentSutter Instrument IncFlaming p-97
Lichtmicroscoop LM 20LeicaMDG33 10450123
3-aminobenzoëzuur (Tricaine)Sigma-AldrichE10521-50G
Agarose MPRoche11388991001
Stereo fluorescentie microscoop LM80LeicaMDG3610450126
Microloader pipette tipsEppendorf5242956.003
Micromanipulator M3301 met M10 standaardWorld Precision Instruments00-42-101-0000
FemtoJet express micro-injectorEppendorf5248ZO100329
Microtrube 2 mL ppSarstedt72.693.005
Zirconiumoxide kralenBio-connect11079124ZX
MagNA lyserRoche41416401
MSA-2 platen (Mannitol Salt Agar-2)Biomerieux43671Chapmon 2 medium
Methylcellulose 4000cpSigma-AldrichMO512-250G
ChloramfenicolSigma-AldrichC0378
Roterende schudder (voor bacteriegroei)New Brunswick ScientificG10
Zebravis incubatorVWRIncu-line
CuvettesBRAND759015
CentrifugeHettich-ZentrifugenROTANTA 460R
SpectrometerPharmacia biotechUltrospec®2000
PincetSigma-AldrichF6521-1EA
48 wel platenGreiner bio-one677180
96 wel platenGreiner bio-one655161
PetrischaalFalcon353003
PetrischaalBiomerieuxNL-132
ImageJNiet van toepassingNiet van toepassinglink: https://imagej.nih.gov/ij/download.html
GraphPad 7.0PrismNiet van toepassing

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Williams, D. F. On the nature of biomaterials. Biomaterials. 30, 5897-5909 (2009).
  2. Busscher, H. J., et al. Biomaterial-Associated Infection: Locating the Finish Line in the Race for the Surface. Science Translational Medicine. 4, 153rv10(2012).
  3. Otto, M. Staphylococcus epidermidis - the 'accidental' pathogen. Nature Reviews Microbiology. 7, 555-567 (2009).
  4. Moriarty, T. F., et al. Orthopaedic device-related infection: current and future interventions for improved prevention and treatment. EFORT Open Reviews. 1, 89-99 (2016).
  5. Campoccia, D., Montanaro, L., Arciola, C. R. The significance of infection related to orthopedic devices and issues of antibiotic resistance. Biomaterials. 27, 2331-2339 (2006).
  6. Schierholz, J. M., Beuth, J. Implant infections: a haven for opportunistic bacteria. Journal of Hospital Infection. 49, 87-93 (2001).
  7. Zimmerli, W., Lew, P. D., Waldvogel, F. A. Pathogenesis of foreign body infection. Evidence for a local granulocyte defect. Journal of Clinical Investigation. 73 (4), 1191-1200 (1984).
  8. Boelens, J. J., et al. Biomaterial-associated persistence of Streptococcus epidermidis in pericatheter macrophages. Journal of Infectious Diseases. 181 (4), 1337-1349 (2000).
  9. Broekhuizen, C. A. N., et al. Tissue around catheters is a niche for bacteria associated with medical device infection. Critical Care Medicine. 36, 2395-2402 (2008).
  10. Riool, M., et al. Staphylococcus epidermidis originating from titanium implants infects surrounding tissue and immune cells. Acta Biomaterial. 10, 5202-5212 (2014).
  11. Zaat, S. A. J., Broekhuizen, C. A. N., Riool, M. Host tissue as a niche for biomaterial-associated infection. Future Microbiology. 5, 1149-1151 (2010).
  12. Broekhuizen, C. A. N., et al. Staphylococcus epidermidis is cleared from biomaterial implants but persists in peri-implant tissue in mice despite rifampicin/vancomycin treatment. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 85, 498-505 (2008).
  13. Broekhuizen, C. A. N., et al. Peri-implant tissue is an important niche for Staphylococcus epidermidis in experimental biomaterial-associated infection in mice. Infection and Immunity. 75, 1129-1136 (2007).
  14. Zimmerli, W., Sendi, P. Pathogenesis of implant-associated infection: the role of the host. Seminars in Immunopathology. 33, 295-306 (2011).
  15. Darouiche, R. O. Current concepts - Treatment of infections associated with surgical implants. New England Journal of Medicine. 350, 1422-1429 (2004).
  16. Riool, M., de Breij, A., Drijfhout, J. W., Nibbering, P. H., Zaat, S. A. J. Antimicrobial peptides in biomedical device manufacturing. Frontiers in Chemistry. 5, 63(2017).
  17. Brooks, B. D., Brooks, A. E., Grainger, D. W. Antimicrobial medical devices in preclinical development and clinical use. Biomaterials Associated Infection. Moriaty, F. T., Zaat, S. A., Busscher, H. J. , Springer. New York, NY, USA. 307-354 (2013).
  18. Sjollema, J., et al. The potential for bio-optical imaging of biomaterial-associated infection in vivo. Biomaterials. 31, 1984-1995 (2010).
  19. Suri, S., et al. In vivo fluorescence imaging of biomaterial-associated inflammation and infection in a minimally invasive manner. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 103, 76-83 (2015).
  20. Zhou, J., Hu, W. J., Tang, L. P. Non-invasive characterization of immune responses to biomedical implants. Annals of Biomedical Engineering. 44, 693-704 (2016).
  21. van Oosten, M., et al. Real-time in vivo imaging of invasive- and biomaterial-associated bacterial infections using fluorescently labelled vancomycin. Nature Communications. 4, 2584(2013).
  22. Lesley, R., Ramakrishnan, L. Insights into early mycobacterial pathogenesis from the zebrafish. Current Opinion in Microbiology. 11, 277-283 (2008).
  23. Brannon, M. K., et al. Pseudomonas aeruginosa Type III secretion system interacts with phagocytes to modulate systemic infection of zebrafish embryos. Cellular Microbiology. 11, 755-768 (2009).
  24. Wiles, T. J., Bower, J. M., Redd, M. J., Mulvey, M. A. Use of zebrafish to probe the divergent virulence potentials and toxin requirements of extraintestinal pathogenic Escherichia coli. PLoS Pathogens. 5, e1000697(2009).
  25. Prajsnar, T. K., et al. Zebrafish as a novel vertebrate model to dissect enterococcal pathogenesis. Infection and Immunity. 81, 4271-4279 (2013).
  26. Prajsnar, T. K., Cunliffe, V. T., Foster, S. J., Renshaw, S. A. A novel vertebrate model of Staphylococcus aureus infection reveals phagocyte-dependent resistance of zebrafish to non-host specialized pathogens. Cellular Microbiology. 10, 2312-2325 (2008).
  27. Veneman, W. J., et al. A zebrafish high throughput screening system used for Staphylococcus epidermidis infection marker discovery. BMC Genomics. 14, 255(2013).
  28. Renshaw, S. A., Trede, N. S. A model 450 million years in the making: zebrafish and vertebrate immunity. Disease Model and Mechanism. 5, 38-47 (2012).
  29. Meijer, A. H., van der Vaart, M., Spaink, H. P. Real-time imaging and genetic dissection of host-microbe interactions in zebrafish. Cellular Microbiology. 16, 39-49 (2014).
  30. Spaink, H. P., et al. Robotic injection of zebrafish embryos for high-throughput screening in disease models. Methods. 62, 246-254 (2013).
  31. Riool, M., et al. A chlorhexidine-releasing epoxy-based coating on titanium implants prevents Staphylococcus aureus experimental biomaterial-associated infection. European Cells and Materials. 33, 143-157 (2017).
  32. Ellett, F., Pase, L., Hayman, J. W., Andrianopoulos, A., Lieschke, G. J. Mpeg1 promoter transgenes direct macrophage-lineage expression in zebrafish. Blood. 117, E49-E56 (2011).
  33. Zhang, X., et al. The zebrafish embryo as a model to quantify early inflammatory cell responses to biomaterials. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 105, 2522-2532 (2017).
  34. Traber, K., Novick, R. A slipped-mispairing mutation in AgrA of laboratory strains and clinical isolates results in delayed activation of agr and failure to translate delta- and alpha-haemolysins. Molecular Microbiology. 59, 1519-1530 (2006).
  35. Rosen, J. N., Sweeney, M. F., Mably, J. D. Microinjection of zebrafish embryos to analyze gene function. Journal of Visualized Experiments. (25), e1115(2009).
  36. Benard, E. L., et al. Infection of zebrafish embryos with intracellular bacterial pathogens. Journal of Visualized Experiments. 61, 3781(2012).
  37. Brand, M., Granato, M., Christiane, N. -V. Keeping and raising zebrafish. Zebrafish, A Practical Approach. Dahm, R., Nüsslein-Volhard, C. , Oxford University press. Oxford, UK. 7-37 (2002).
  38. Chaplin, W. T. P. Development of a microinjection platform for the examination of host-biomaterial interactions in zebrafish embryos. , Queen's University. Master thesis (2017).
  39. Ando, R., Hama, H., Yamamoto-Hino, M., Mizuno, H., Miyawaki, A. An optical marker based on the UV-induced green-to-red photoconversion of a fluorescent protein. Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America. 99, 12651-12656 (2002).
  40. Witherel, C. E., Gurevich, D., Collin, J. D., Martin, P., Spiller, K. L. Host-biomaterial interactions in zebrafish. ACS Biomaterials Science & Engineering. 4, 1233-1240 (2018).
  41. Anderson, J. M. Biological responses to materials. Annual Review of Materials Research. 31, 81-110 (2001).
  42. Onuki, Y., Bhardwaj, U., Papadimitrakopoulos, F., Burgess, D. J. A review of the biocompatibility of implantable devices: current challenges to overcome foreign body response. Journal of Diabetes Science and Technology. 2, 1003-1015 (2008).
  43. Carvalho, R., et al. A High-Throughput Screen for Tuberculosis Progression. PLoS One. 6, e16779(2011).
  44. Stockhammer, O. W., et al. Transcriptome analysis of Traf6 function in the innate immune response of zebrafish embryos. Molecular Immunology. 48, 179-190 (2010).
  45. Thisse, C., Thisse, B. High-resolution in situ hybridization to whole-mount zebrafish embryos. Nature Protocols. 3, 59(2007).
  46. Prajsnar, T. K., et al. A privileged intraphagocyte niche is responsible for disseminated infection of Staphylococcus aureus in a zebrafish model. Cellular Microbiology. 14, 1600-1619 (2012).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Biomateriaal geassocieerde infectiefluorescentiemicroscopiemicrosfeerinjectiemacrofaagresponskolonievormende eenheidObjectJ ImageJfluorescent eiwitexpressie

Gerelateerde artikelen