Opisujemy zaprojektowany przez nas model komory przepływowej in vitro, który pozwala na badanie przylegania bakterii do przeszczepionych tkanek.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy zaprojektowany przez nas model komory przepływowej in vitro, który pozwala na badanie przylegania bakterii do przeszczepionych tkanek.
Różne przewody z zaworami i zastawki montowane na stentach są używane do wymiany zastawki prawej komory drogi odpływu (RVOT) u pacjentów z wrodzonymi wadami serca. Jednak w przypadku stosowania materiałów protetycznych przeszczepy te są podatne na infekcje bakteryjne i różne reakcje gospodarza.
Identyfikacja czynników bakteryjnych i gospodarzy, które odgrywają istotną rolę w wewnątrznaczyniowym przyleganiu mikroorganizmów, jest niezbędna do lepszego zrozumienia patofizjologii początku infekcji, takich jak infekcyjne zapalenie wsierdzia (IE) i opracowania strategii prewencyjnych. W związku z tym konieczne jest opracowanie kompetentnych modeli do badania adhezji bakterii w fizjologicznych warunkach ścinania. W tym miejscu opisujemy zastosowanie nowo zaprojektowanej komory perfuzyjnej in vitro opartej na równoległych płytkach, która umożliwia badanie przylegania bakterii do różnych składników przeszczepionych tkanek, takich jak odsłonięta macierz zewnątrzkomórkowa, komórki śródbłonka i obszary obojętne. Ta metoda w połączeniu ze zliczaniem jednostek tworzących kolonie (CFU) jest wystarczająca do oceny skłonności materiałów do przeszczepów w kierunku adhezji bakteryjnej pod przepływem. W dalszej kolejności system komór przepływowych może być wykorzystany do zbadania roli składników krwi w adhezji bakterii w warunkach ścinania. Wykazaliśmy, że źródło tkanki, morfologia jej powierzchni i specyficzność gatunkowa bakterii nie są głównymi czynnikami decydującymi o przyleganiu bakterii do przeszczepionych tkanek, korzystając z naszego własnego modelu perfuzji in vitro.
Staphylococcus aureus (S. aureus) wykorzystuje różnorodne strategie wirulencji, aby obejść system obrony immunologicznej gospodarza, kolonizując biologiczne lub niebiologiczne powierzchnie wszczepione do ludzkiego krążenia, co prowadzi do poważnych infekcji wewnątrznaczyniowych, takich jak sepsa i IE1,2,3,4,5. IE pozostaje ważnym powikłaniem związanym z leczeniem u pacjentów po implantacji protez zastawek serca, podczas gdy poszczególne czynniki przyczyniające się do wystąpienia IE nie są jeszcze w pełni poznane6,7. W warunkach przepływu bakterie napotykają siły ścinające, które muszą pokonać, aby przylgnąć do ściany naczynia8. Interesujące są modele, które pozwalają badać wzajemne oddziaływanie między bakteriami a protezą tkanki zastawki lub śródbłonka pod przepływem, ponieważ lepiej odzwierciedlają sytuację in vivo.
Kilka specyficznych mechanizmów ułatwia bakteryjne przyleganie do komórek śródbłonka (ECs) i do odsłoniętej macierzy podśródbłonkowej (ECM), prowadząc do kolonizacji tkanek i dojrzewania roślin, co jest niezbędnym wczesnym krokiem w IE9. Różne gronkowcowe białka powierzchniowe lub MSCRAMM (mikrobiologiczne składniki powierzchniowe rozpoznające cząsteczki macierzy adhezyjnej) zostały opisane jako mediatory adhezji do komórek gospodarza i białek ECM poprzez interakcję z cząsteczkami takimi jak fibronektyna, fibrynogen, kolagen i czynnik von Willebranda (VWF)8,10,11. Jednak ze względu na wewnątrzcząsteczkowe fałdowanie niektórych czynników wirulencji, badane głównie w warunkach statycznych, wiele z tych interakcji może mieć różne znaczenie w infekcjach wewnątrznaczyniowych we krwi krążącej.
Dlatego prezentujemy zaprojektowany przez nas model komory przepływu równoległego na płytce in vitro, który pozwala na ocenę przylegania bakterii do różnych składników ECM i EC w kontekście przeszczepów tkanek wszczepionych w pozycji RVOT. Ogólnym celem metody opisanej w niniejszej pracy jest zbadanie mechanizmów interakcji między bakteriami a leżącymi u ich podstaw tkankami wewnątrznaczyniowymi w warunkach przepływu, które są ściśle związane ze środowiskiem in vivo patogenów krwi, takich jak S. aureus. To nowatorskie podejście koncentruje się na podatności powierzchni przeszczepionych tkanek na przyleganie bakterii w celu zidentyfikowania potencjalnych czynników ryzyka rozwoju IE.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie tkanek do badań in vitro
Uwaga: Użyto trzech rodzajów tkanek: plastra osierdzia bydlęcego (BP), kriokonserwowany homograft (CH) i przeszczepy żyły szyjnej bydlęcej (BJV). W przypadku przewodu BJV i CH (tkanka przetworzona przez Europejski Bank Homoprzeszczepów (EHB) i przechowywana przed użyciem w ciekłym azocie) wykorzystano zarówno płatki ścienne, jak i zastawkowe. Łata BP i przewód BJV zostały zakupione od producentów. Przed użyciem rozmrozić CH zgodnie z instrukcjami EHB12.
2. Przygotowanie bakterii do eksperymentów perfuzyjnych
Uwaga: Użyto trzech izolatów bakteryjnych: S. aureus Cowan (ATCC 12598), S. epidermidis ATCC 149900 i S. sanguinis NCTC 7864. S. aureus i S. epidermidis hodowano w temperaturze 37 °C w bulionie sojowym tryptycznym (TSB), a S. sanguinis w temperaturze 37 °C z 5% CO2 w bulionie do infuzji serca (BHI).
3. Eksperymenty perfuzyjne in vitro z wykorzystaniem komory przepływowej z równoległą płytką
4. Mikroskopia fluorescencyjna przylegających bakterii do przeszczepiania tkanek po perfuzji
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Aby lepiej zrozumieć mechanizmy stojące za rozwojem IE, model ten umożliwia ocenę czynników bakteryjnych i tkankowych obecnych w sytuacji in vivo wystąpienia infekcji.
Szczegółowo, nowatorskie podejście in vitro pozwala na ilościowe określenie adhezji bakteryjnej w warunkach przepływu do różnych tkanek przeszczepu poprzez perfuzję fluorescencyjnie znakowanych bakterii na tkankach wywierających naprężen...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ostatnie obserwacje kliniczne wskazują na to, że IE jest szczególnym powikłaniem u pacjentów, którzy przeszli wymianę zastawki RVOT 6,13. Dysfunkcja wszczepionej zastawki w IE jest wynikiem interakcji bakteryjnej z przeszczepem wewnątrznaczyniowym, prowadzącej do rozległych reakcji zapalnych i prokoagulacyjnych 1,14. Zaprezentowany nowy model in vitro pozwolił na zbadanie, czy różnice w budowie t...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
To badanie było sponsorowane przez grant Funduszu Badawczego KU Leuven (OT/14/097) przyznany RH. TRV był adiunktem w Fundacji Badawczej FWO - Flandria (Belgia; Numer grantu - 12K0916N) i RH jest wspierany przez Fundusz Badań Klinicznych UZ Leuven.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Plaster na osierdzie bydlęce (BP), giętkie osierdzie osierdzia | Synovis Innowacje chirurgiczne, USA | PC-0404SN | |
| Przewody żyły szyjnej bydła (BJV) | Przewód Contegra; Medtronic Inc, Stany Zjednoczone | M333105D001 | |
| homograft kriokonserwowany CH | Europejski Bank Homograftów (EHB) | - | |
| Acu-Punch | Acuderm Inc, USA | P850 (8 mm); P1050 (10 mm) | |
| Albumina ludzka | Flexbumina; Baxter, Belgia | BE171464 LOT:16G12C | |
| Bulion sojowy tryptyczny (TSB) | Fluka, Steinheim, Niemcy | 22092-500G | |
| Rosół z naparu sercowego (BHI) | Fluka | 53286-500G | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS). | Gibco | 14190-094 | |
| 5(6)-Karboksyfluoresceina N-hydroksysukcynimid ester (CF) | Sigma-Aldrich, Niemcy | 21878-100MG-F | |
| Pompa perystaltyczna (MODEL ISM444B) | Ismatec BVP-Z Standard; Cole Parmer, Wertheim, Niemcy | 631942-2 | |
| Kąpiel sonikująca | Myjka ultradźwiękowa VWR; VWR, Radnor, Pa | 142-6044 | 230V/50 -60Hz 60VA; HF45kHz, 30W |
| ProLong Gold | Antiblade Mountant Invitrogen firmy ThermoFisher | P36930 | |
| InCell Analyzer 2000 (skaner fluorescencyjny) | GE Healthcare Life Sciences, Pittsburgh, Pa | 29027886 | |
| Arium Pro VF - woda ultraczysta - H2O | MilliQ Millipore | 87206462 | |
| Szkiełka mikroskopowe - Komory do hodowli tkankowych (1-dołkowe) | Sarstedt | 94.6140.102 | |
| 1-studzienkowy na Lumox odłączany | Sarstedt | 94.6150.101 | |
| Stal nierdzewna - ostrza chirurgiczne | Swann-Morton | 311 | |
| Tygon Rurka silikonowa, 1/8 "ID x 1/4" OD | Cole-Parmer | EW-95702-06 | Zakres temperatur: – od 80 do 200° C Sterylizacja: Za pomocą tlenku etylenu, promieniowania gamma lub autoklawu przez 30 minut, ciśnienie 15 psi |
| Rurki PharMed BPT | Saint-Gobain | AY242012 | Autoklawowalne 30 min w temperaturze 121& C |
| Tygon LMT-55 Rurki | Saint Gobain Performance Plastics&handel; | ||
| 15312022 Termostat | BMG BIOMEDIZINTECHNIK | 300-0042 | 230V, 90VA, 50Hz |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie