$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Myszy wolne od zarazków są niezbędnym narzędziem w repertuarze badaczy mikrobiomu, pozwalającym na analizę wpływu mikrobioty na zdrowie gospodarza i stany chorobowe. Myszy wolne od zarazków rodzą się całkowicie bezpłodne i pozostają aksoniczne przez całe życie1. Kolonizacja myszy wolnych od zarazków specyficznymi szczepami bakteryjnymi umożliwia badania przyczynowo-skutkowe między tymi taksonami a funkcjami metabolicznymi, immunologicznymi lub innymi funkcjami gospodarza2,3,4,5. Szczególnie korzystna jest możliwość "humanizacji" myszy wolnych od zarazków na poziomie mikrobioty poprzez przeszczepianie kału uzyskanego od ludzkich dawców, a w przypadku przetrzymywania w warunkach barierowych zapobieganie zakażeniu mikroorganizmami pochodzącymi od myszy1. Takie podejście umożliwiło wiele ważnych odkryć w dziedzinie mikrobiomu, na przykład wpływ ludzkiego mikrobiomu jelitowego na odpowiedź immunoterapii nowotworów6,7,8.
Jednakże, podczas gdy humanizowane myszy wolne od zarazków są nieocenione dla wysiłków badawczych w dziedzinie mikrobiomu, istnieje wiele ograniczeń, które hamują szerszą adaptację tego podejścia. Myszy wolne od zarazków są hodowane i utrzymywane w dużych izolatorach półsztywnych lub z elastyczną folią, ale eksperymenty funkcjonalne wymagają ustawienia oddzielnych miniizolatorów, z jednym miniizolatorem mieszczącym kilka klatek, ale tylko w jednym warunku eksperymentalnym. To podejście oparte na miniizolatorze zwiększa powierzchnię zajmowaną przez przestrzeń i koszty, jednocześnie poważnie ograniczając liczbę warunków eksperymentalnych, które można badać w eksperymencie, oraz liczbę eksperymentów, które można przeprowadzać równolegle. Obiecującym rozwiązaniem jest zastosowanie indywidualnego, modułowego systemu klatkowego o nazwie ISOcage P Bioexclusion System (tutaj określanego jako system izoklatkowy)9,10. System izoklatek pozwala na eksperymentalną manipulację myszami wolnymi od zarazków w indywidualnych, hermetycznie zamkniętych, dodatnich ciśnieniowo klatkach izolacyjnych, umożliwiając oddzielne warunki eksperymentalne między każdą klatką, a nie między każdym miniizolatorem. Przy odpowiedniej technice aseptyki zwierzęta mogą być trzymane w izoklatkach przez okres do 12 tygodni w warunkach wolnych od zarazków lub humanizowane przez przeszczep kału ludzkiego w celu wykorzystania w dowolnym zgodnym podejściu eksperymentalnym (tj. mogą być wykonywane w warunkach aseptycznych). Wiele niezależnych eksperymentów może być przeprowadzanych równolegle przy użyciu systemu izoklatków, a zajmowana przestrzeń i koszty są znacznie mniejsze niż w przypadku przeprowadzania wielu eksperymentów w miniizolatorach.
Celem hodowli myszy wolnych od zarazków w elastycznych izolatorach hodowlanych folii jest staranne zachowanie statusu aksonicznego11. Techniki stosowane do monitorowania statusu wolnego od zarazków obejmują rutynowe wymazy z powierzchni ciała myszy i jamy ustnej, a także aseptyczne pobieranie próbek kału, które są zarówno hodowane, jak i testowane za pomocą komercyjnych testów opartych na PCR. Testy bakteryjne, serologiczne i grzybicze tych próbek są wymagane do określenia statusu wolnych od zarazków11. Kiedy myszy wolne od zarazków są przenoszone z izolatorów hodowlanych do izoklatek do użytku eksperymentalnego, myszy są wymazywane i testowane w celu potwierdzenia ich statusu wolnych od zarazków po przeniesieniu. Kontrole sterylności w izoklatkach są przeprowadzane poprzez aseptyczne pobieranie próbek kału, które są następnie hodowane w celu wykrycia zanieczyszczeń bakteryjnych, wirusowych i grzybiczych. Staranne gromadzenie i rejestrowanie wyników tych kontroli sterylności od urodzenia do końca protokołu eksperymentalnego jest konieczne, aby potwierdzić status tych myszy wolnych od zarazków.
System izoklatek składa się z pojedynczych klatek (Rysunek 1), dysków transferowych do transportu z izolatorów hodowlanych (Rysunek 1) oraz stojaka na klatkę isocage, w którym znajdują się klatki (Rysunek 2). Każda klatka izoklatkowa zawiera wysokowydajny filtr cząstek stałych (HEPA) na poziomie klatki zainstalowany na wlocie powietrza nawiewanego oraz silikonową uszczelkę, która po zamknięciu tworzy hermetyczne uszczelnienie, zapewniając, że żadne zanieczyszczenia nie mogą dostać się do klatki przez powietrze (Rysunek 1A). Ta pokrywa klatki może być używana jako sterylna powierzchnia robocza po umieszczeniu do góry nogami w wysterylizowanej komorze bezpieczeństwa biologicznego (Rysunek 1A). Rusztowy stojak w klatce trzyma butelkę z jedzeniem i wodą (Rysunek 1B). Kleszcze autoklawowane w klatce są używane do wszystkich manipulacji, które wymagają kontaktu z wewnętrznymi powierzchniami klatki. Sama klatka ma wycięcia na wyjmowany uchwyt na kartę klatki do identyfikacji zwierząt na zewnątrz oraz dysze wlotu i eksportu powietrza, które dokują się do stojaka na klatkę (Rysunek 1C-E). Bezpieczne zaciski zamykające i blokada zakładki na pokrywie uszczelniają klatkę, gdy jest ona gotowa do ponownego zadokowania w systemie regału (Rysunek 1F). Sugerowana ściółka to Alpha-dri, zalecana jest również chata wzbogacająca do autoklawowania (Rysunek 1F). Dyski transferowe służą do przenoszenia myszy wolnych od zarazków z izolatorów hodowlanych do izoklatek i zawierają obrotową pokrywę komory z trójkątnym otworem, aby umożliwić manipulację zwierzętami (Rysunek 1G-H). Dyski są dostępne w rozmiarach małych (21,6 cm średnicy) i dużych (28 cm średnicy), z których oba mają pojemność ośmiu myszy. Taśma autoklawizowana służy do tworzenia hermetycznych uszczelnień na obwodzie i otworach powietrznych dysku, co wykonuje się przed namoczeniem środkiem sterylizującym i transportem w worku nasączonym sterylizantem (Rysunek 1I). Sam system szaf posiada ekran do monitorowania dmuchaw powietrza, stanu filtra HEPA na poziomie szafy i awaryjnego zasilania bateryjnego szafy, które są wszystkimi funkcjami systemu (Rysunek 2A). Dołączony manometr Magnehelic wyświetla nadciśnienie utrzymywane przez system klatek, a automatyczny wizualny wskaźnik dokowania pokazuje stan dokowania klatek (żółta zakładka na zewnątrz oznacza, że żadna klatka nie jest zadokowana lub dokowanie się nie powiodło) (Rysunek 2B-D). Do manipulowania izoklatkami niezbędna jest również standardowa certyfikowana komora bezpieczeństwa biologicznego.
Protokół przedstawiony tutaj opisuje właściwe metody skutecznego przenoszenia myszy wolnych od zarazków z izolatorów hodowlanych w warunkach aseptycznych do izoklatek przy jednoczesnym zachowaniu statusu wolnych od zarazków, humanizacji myszy wolnych od zarazków za pomocą ludzkiej gnojowicy kałowej dawcy oraz pobierania kału od myszy trzymanych w izoklatce w celu potwierdzenia statusu wolnego od zarazków lub zachowania żywotności dla dalszych badań funkcjonalnych. W tym przykładzie myszy wolne od zarazków są humanizowane za pomocą zbiorczych próbek kału od ludzi leczonych immunoterapią z powodu raka płuc i dychotomizowane jako reagujące lub niereagujące na terapię. W tym przypadku fenotyp odpowiedzi na odpowiedź na immunoterapię został przeniesiony przez humanizację mikrobioty jelitowej na myszy biorców, które następnie można było dalej zaszczepić komórkami nowotworowymi i leczyć immunoterapią. Protokół ludzkiej gnojowicy kałowej można łatwo dostosować do dowolnego kału ludzkiego dawcy lub dowolnego modelu przedklinicznego choroby, którego życzy sobie badacz. Za pomocą tego protokołu możliwe jest przeniesienie dowolnej mikrobioty dawcy kału do gospodarza wolnego od zarazków, co umożliwia dalsze badania nad rolą mikrobioty w zdrowiu i chorobie.

Rysunek 1: Schemat ideowy isocage i dysków transferowych. (A) Widok z góry na spód pokrywy klatki, z etykietami wskazującymi położenie wewnętrznego filtra HEPA na poziomie klatki i silikonowej uszczelki. (B) Widok z góry na wnętrze klatki, z etykietami wskazującymi pokrywę z pręta drucianego, wewnętrzną butelkę na wodę i dziobek oraz miejsce w ruszcie do przechowywania autoklawowalnej karmy. (C) Widok klatki z przodu z nacięciami dla posiadacza karty klatki. (D) Widok z góry na pełną klatkę z pokrywą na górze, pokazujący, jak filtr HEPA jest zainstalowany na dyszy wlotu powietrza. (E). Widok z tyłu klatki z widocznymi dyszami wlotowymi i odprowadzającymi powietrze, które dokują się do systemu zębatki isocage. (F) Widok z boku pełnej klatki z pokrywą na górze, z etykietami wskazującymi zaciski bezpiecznego zamknięcia w pozycji otwartej, z białymi wypustkami na każdym zacisku, które blokują je na miejscu. Wnętrze klatki pokazuje ściółkę Alpha-dri ułożoną warstwami na dole i sugerowaną urozmaiconą chatę umieszczoną w ściółce. (G) Widok z góry na tarcze transferowe z pokrywą na górze. (H) Widok z góry na wnętrze dysku transferowego, ukazujący obrotową pokrywę komory z trójkątnym otworem umożliwiającym manipulowanie zwierzętami. (I) Widok boczny w pełni zmontowanej tarczy transferowej pokazujący umieszczenie taśmy autoklawizowanej, która tworzy hermetyczne uszczelnienie podczas przenoszenia z izolatora hodowlanego do izoklatki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Schemat ideowy systemu regałów isocage. (A) Kompletny stojak isocage z zadokowanymi klatkami i etykietą wskazującą ekran monitorowania stanu dmuchawy powietrza, stanu filtra HEPA i baterii awaryjnej. W lewym dolnym rogu stojaka znajduje się szczelina na filtr HEPA na poziomie stojaka. (B) Dołączony manometr Magnehelic pokazujący nadciśnienie utrzymywane przez zębatkę. (C) Zadokowana izoklatka bez widocznego żółtego wskaźnika dokowania, świadcząca o udanym połączeniu między zębatką a dyszami powietrznymi. (D) Puste gniazdo w szafie, z widocznym automatycznym wizualnym wskaźnikiem dokowania wskazującym, że nie ma stojaka na swoim miejscu i nie ma połączenia dysz powietrznych z izoklatką. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.