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Immunology and Infection

Um método não-invasivo e tecnicamente não-intensivo para indução e fenotipagem of Experimental pneumonia bacteriana em ratos

doi: 10.3791/54508 Published: September 28, 2016

Summary

Vários métodos foram descritos na literatura para a modelagem de pneumonia bacteriana em murganhos. Aqui, nós descrevemos um método de baixo custo, rápida não-invasiva para induzir pneumonia por aspiração (isto é, por inalação) de um inoculo bacteriano pipetados para a orofaringe. métodos a jusante para avaliação da resposta imune inata pulmonar também são detalhados.

Abstract

Embora a pneumonia adquirida na comunidade continua sendo um grande problema de saúde pública, modelos murinos de pneumonia bacteriana recentemente facilitada avanços pré-clínicos significativos em nossa compreensão da patogênese celular e molecular subjacente. Modelos in vivo rato capturar a fisiologia integrada e resiliência da resposta de defesa do hospedeiro em uma forma não revelada por, simplificado vivo abordagens alternativas ex. Vários métodos foram descritos na literatura para a inoculação de bactérias intrapulmonar em ratinhos, incluindo o tratamento com aerossóis, administração intranasal, endotraqueal canulação perorai sob condições "cegas" e visualizadas, e canulação endotraqueal transcutânea. Todos os métodos têm méritos e limitações relativas. Aqui, nós descrevemos em pormenor um método não-invasivo, tecnicamente não intensiva, de baixo custo, e para a entrega rápida intratraqueal de bactérias que envolve a aspiração (isto é, por inalação) pelo mousede um inoculo infeccioso pipetados para a orofaringe, enquanto sob anestesia geral. Este método pode ser utilizado para a administração pulmonar de uma grande variedade de agentes químicos e biológicos não cáustico, e é relativamente fácil de aprender, mesmo para laboratórios com o mínimo de experiência anterior com procedimentos pulmonares. Além de descrever o método de pneumonia por aspiração, nós também fornecemos procedimentos passo-a-passo para ensaio subsequente in vivo resposta imune inata pulmonar do rato, em particular, métodos de quantificação de apuramento bacteriana e resposta imune celular das vias aéreas infectado. Esta abordagem integrada e simples para avaliação da pneumonia permite a avaliação rápida e robusta do efeito de manipulações genéticas e ambientais sobre a imunidade inata pulmonar.

Introduction

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Pneumonia adquirida na comunidade continua a ser a principal causa de morte por infecção em os EUA, com pouca mudança global nas taxas de mortalidade nos últimos 40 anos, apesar de melhorias na vacinação e estratégias de antibióticos 1,2. Apesar da falta de progresso perceptível ao nível da saúde pública, nos últimos anos avanços dramáticos foram feitos em nosso entendimento da patogênese molecular e celular de pneumonia, com muitos desses passos em frente possibilitadas pelo uso de modelos de ratos com infecção pulmonar. A rastreabilidade genética do rato, a semelhança do murino e sistema imunológico humano, e a vasta gama de reagentes imunológicos alvo de murino que se tornaram disponíveis comercialmente, em conjunto, facilitou o progresso rápido do campo.

mouse modelos de pneumonia bacteriana descrita na literatura em geral invocada uma das quatro rotas técnicas de inoculação: i) aerosolization; ii) intrentrega anasal; iii) a entrega por via oral; e iv) a injecção intratraqueal cirúrgica (ou seja, traqueotomia) 3. Todas as vias de infecção têm vantagens e desvantagens 3. Em particular, a exposição, relativa das vias aéreas superiores, o potencial para a mistura da flora oronasal requisitos para anestesia geral, a variabilidade do inoculo entregue ao pulmão distai, distribuição lobar dos agentes patogénicos entregues, os requisitos de peritagem técnica, e morbidade processual variam amplamente entre estes abordagens.

Comumente técnicas de infecção por via oral usados incluem endotraqueal (translaríngea) canulação, quer através de uma abordagem "cega" (não visualizado), ou sob visualização direto da laringe 3-5. Ambos os métodos, ao mesmo tempo robusta, requer treinamento substancial e também carregam risco de trauma na via aérea superior. No presente relatório, nós descrevemos um método tecnicamente não-intensivo, não-invasivo, barato e rápido da infecção por via oral, wdeclara bactérias Klebsiella pneumoniae (no exemplo apresentado) pipetada para a orofaringe de um rato anestesiado são entregues para os pulmões por meio de aspiração (isto é, por inalação). Nós e outros autores utilizaram a técnica de pneumonia aspirativa com êxito 6-9. Este método de pulmão de entrega versátil e facilmente aprendido pode ser estendido para a entrega de muitos agentes não cáustico adicionais para os pulmões, incluindo citoquinas e outras proteínas, moléculas associadas a agentes patogénicos (por exemplo, lipopolissacarídeo), células (isto é, a transferência adoptiva), e toxinas (por exemplo, bleomicina). Além de discutir as considerações técnicas importantes, nós também descrevem uma abordagem integrada, quantitativa para avaliar a resposta do hospedeiro após a pneumonia, incluindo a medição a jusante da depuração bacteriana (ou seja, unidades formadoras de colônia [UFC] quantificação nos órgãos do pulmão e periféricos) e leucócitos acumulação no espaço aéreo.

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Protocol

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Todos os experimentos foram realizados de acordo com o Animal Welfare Act e da Política de Serviços de Saúde Pública dos EUA na Humane Cuidado e Uso de Animais de Laboratório após revisão pelo Animal Care e Use Committee do NIEHS.

1. Preparação de K. Cultura pneumoniae

Cuidado: Executar todas as etapas de um 2 (BSL2) capô nível de segurança biológica ou outro BSL2 área designada e descartar resíduos por diretrizes BSL2 instituto.

  1. Para uma suspensão de crescimento de K. pneumoniae, descongelar um stock de glicerol de bactérias e inocular uma cultura de trabalho, transferindo 1 ml de K. pneumoniae estoque para 50 ml de caldo de soja tríptica (TSB) em um balão de 500 ml ou maior.
  2. Faça stocks de glicerol pela adição de 900 ul de fase log cultivadas K. pneumoniae de 100 ul de glicerol estéril e congelação a -20 ° C ou -80 ° C. Para armazenamento a longo prazo, a -80 ° C é recomendável.
  3. cultura de bactérias de step 1,1 balão por agitação durante a noite (14-18 horas) a 37 ° C a 200-225 rpm.In fim de promover o crescimento de fase logarítmica, diluída 1-5 ml desta cultura durante a noite para um frasco contendo 50 ml de TSB e na manhã lugar de volta a 37 ° C com agitação durante ~ 2,5 horas.
  4. Transferir 1 ml de K. cultura pneumoniae a partir do último passo para um tubo de 1,5 mL e centrifugação a 7500 xg durante 2 min. A pelota branca deve ser visível. Remover o sobrenadante sem perturbar o sedimento, suavemente ressuspender as bactérias com pipeta em 1 ml de soro fisiológico estéril, e roda de novo em 7500 xg durante 2 min.
    1. Executar este passo de lavagem 2x, elevando-se o sedimento final, lavadas em 1 ml de solução salina estéril.
  5. Realizar diluições em série log-wise desta inóculo arrumado. Por exemplo, adicionar 400 uL do inoculo em 3,6 ml de solução salina estéril em série para fazer uma série de 10 -1 -10 -9 diluição.
  6. Determinar a OD 600 de K. lavada pneumoniae, colocando 1 ml de1:10 e 1: 100 diluições em cuvetes descartáveis e medindo a OD 600, limpando primeiro com solução salina estéril. Meça duplicados para garantir a precisão. Um OD 600 de 1,0 é equivalente a 4-7 x 10 8 UFC / ml. Note-se que a relação entre a OD e CFU / ml não podem ser lineares.
    1. Utilizar a DO 600 das diluições para calcular a concentração de K. pneumoniae, aplicando-se a OD: conversão CFU / mL acima, e Levando em conta a diluição.
  7. Use a K. concentração pneumoniae para preparar a dose de inoculo CFU desejado num <volume de 100 ul para a entrega de ratinhos (ver abaixo).
  8. Plate, também 100 ul de 10 -10 -9 -6 diluições e 100 ul de solução salina estéril em placas individuais de ágar de soja tríptico (TSA) à TA. Incubar a 37 ° C durante a noite e enumerar as colónias bacterianas, a fim de calcular a concentração exacta de que foi usada na experiência e para controlar a contaminação.
    NOTA: concentração bacteriana real de inóculo final pode ser ± 500 UFC / ml que o previsto pela absorção. Experimentadores devem, idealmente, confirmar a OD 600: UFC / ml relação em estudos-piloto antes do uso in vivo em ratinhos, empiricamente reajustar a OD 600: UFC / ml de conversão com base na sua experiência pessoal.

2. Murino intratraqueal (IT) Aspiração de K. pneumoniae da orofaringe

  1. Certifique-se de que os ratos são identificados exclusivamente pela marca de cauda, ​​tatuagem, ou outro identificador aprovado.
  2. Elaborar dosagem de inóculo de bactérias usando pipeta P200 antes de remover os ratos de isoflurano a fim de acelerar procedimento. Para obter os melhores resultados com ele aspiração, utilizar um volume de <100 ul para evitar transbordamento. Nisto, usar 2000 CFU / 50 ul de K. pneumoniae.
  3. Anestesiar ratos numa câmara clara com gás isoflurano (por exemplo, 2% de isoflurano a um caudal de 1 L / min) ou como por Institorientações utional. O número de ratos para anestesiar conjunto é determinado pelo nível de conforto do experimentador, tipicamente 1-2 de cada vez. Observe a respiração e confirme nível de anestesia, uma vez respirações profundas são visíveis e 2-3 seg pode ser contado entre as respirações.
    NOTA: Se não houver preocupação com possíveis efeitos de confusão de anestésicos voláteis (inalados), a anestesia pode ser alcançado vez com injeção intraperitoneal de cetamina / xilazina. Com o método descrito acima, anestesia profunda, dura apenas alguns minutos. Se a anestesia é induzida mais prolongada, unguento para os olhos deve ser utilizado para prevenir a dessecação ocular.
  4. Uma vez que o mouse é anestesiado, posicioná-lo em uma posição supina semirecumbent, suspenso pelos incisivos superiores de um elástico esticado entre pinos em uma placa de Plexiglas inclinado (Figura 1).
  5. Com cuidado, puxe a língua mouse para o lado com um par de fórceps não sulcadas sem corte e dosagem de depósito na cavidade oral com uma pipeta P200e. Exercer grande cuidado para evitar induzir trauma, quer da língua ou da orofaringe.
  6. Mantendo a língua retraída, gentilmente ocluir o nariz com um dedo de luva até que o mouse inala. Continue-se a cobrir o nariz até o rato tenha tomado duas ou mais inalações, e o líquido não é visível na cavidade oral. Cobrindo o nariz ajuda a garantir que o mouse vai inalar as bactérias nos pulmões, como os ratos são respiradores nasais obrigatórios.
  7. Remover o rato da placa de inoculação e voltar para sua gaiola, colocando o mouse sobre as suas costas para evitar a cama ou detritos de bloquear as narinas, enquanto o rato está a recuperar da anestesia.
  8. Uma vez que todos os ratos foram dosados e acordaram da anestesia, Casa de ratos em um cubículo / sala contendo apenas os ratos que foram doseados com K. pneumoniae. Monitorar os ratos diariamente, incluindo pesos corporais se ir além de 48 horas após a infecção.
  9. Use puré diária e / ou calor suplementar, se permitindo que os ratos ir além de 48h.

3. Lavagem Broncoalveolar Fluid (LBA) Recolha e Análise

  1. Euthanize camundongos acordo com as diretrizes institucionais. Aqui, utilizar uma injecção letal de 150 mg / Kg de pentobarbital de sódio ou dose equivalente de solução comercial a eutanásia por exsanguinação seguida, como este evita complicações possíveis para os pulmões associadas com inalação de CO2 e deslocamento cervical.
  2. rato posição nas costas e esterilizar rato por pulverização de pele com 70% de etanol em particular sobre a área do peito e pescoço.
  3. Faça um corte longitudinal logo abaixo do esterno, em seguida, segurando o esterno com uma pinça, entalhe do diafragma, permitindo que o pulmão a cair de volta para a cavidade torácica. Corta-se através da cavidade torácica em ambos os lados da vasculatura e, em seguida, para cima através do pescoço, expondo a traqueia.
  4. À medida que a traqueia é rodeada pelos músculos longitudinais em ambos os lados, cuidadosamente cortados pelo meio e empurrar o tecido para os lados, conformeisto evita o corte da vasculatura circundante, a qual pode introduzir sangue na traqueia. Se a vasculatura é cortado, limpe a área circundante com gaze antes de acessar a luz traqueal.
  5. Use tesouras cirúrgicas ou para uma agulha de nick da traqueia cerca de ¼ do caminho para baixo a partir da cabeça e inserir uma cânula ligada a uma seringa de 1 ml de pré-carregado com 1 ml de solução salina tamponada 1x com fosfato (PBS) caudalmente para a traqueia. Se utilizando murganhos <8 semanas de idade ou fêmeas, reduzir o volume lavaging de 600-800 ul.
  6. Empurre o volume para o pulmão lentamente, permitindo que todos os lobos para inflar e puxe o volume de volta para fora com a seringa, repetindo 3x. Se PBS está saindo das narinas a cânula não foi empurrada para dentro da traqueia ou a inflação está ocorrendo muito rapidamente. Em alternativa, se os pulmões não são bem inflar, a cânula foi empurrado demasiado para dentro, de modo retirar ligeiramente.
  7. Recolha lavagens reunidas em um tubo de 15 ml em gelo.
  8. Giraro espaço aéreo de fluido de lavagem a 1.200 xg durante 5 minutos, recolher o sobrenadante para um tubo de 1,5 mL e congelar a -80 ° C. Subsequentemente, utilizar-se o sobrenadante (isto é, BALF) para a medição de proteínas, citoquinas, e para vários outros ensaios bioquímicos. O sedimento de células representa o espaço de broncoalveolar.
  9. Se as células vermelhas do sangue (RBCs) são evidentes na pelete de células com base na cor, lise com 1 ml de tampão de lise ACK durante 1 min, seguido por adição de 5 ml de 1x PBS para parar a reacção e diluir a lise tampão. Manusear todas as amostras de forma idêntica, seja tratada ou não com tampão de lise ACK.
  10. células giram a 1200 xg durante 5 minutos, decanta-se o sobrenadante, e trazem-se as células em 1 ml de PBS 1x.
  11. células Vortex e contar com um hemocitômetro para contagem de células totais do espaço aéreo.
  12. Com base na densidade de células adicionar cerca de 80-150 ul (~ 80 mL de um rato infectado e ~ 150 para um rato ingênuo) para uma câmara de slides em uma centrífuga Cytospin. célula de trefilagems em lâminas de microscópio para a coloração subsequente para determinar as populações de células diferenciais.
  13. Permitir que as células secar durante a noite em lâminas. Células mancha com tri-mancha (por exemplo, Hema 3 [ver tabela]) mergulhando as lâminas 7 vezes em fixador, 9 vezes em mancha de 1 e 7 vezes em mancha 2 (sem lavagens entre manchas), e deixe secar. Após mancha secou, ​​lâminas lamela e manualmente contar diferenciais por microscópio. Geralmente, neutrófilos e monócitos / macrófagos são facilmente distinguidos pelo seu tamanho e morfologia nuclear.

4. Determinar a carga bacteriana no pulmão e nos tecidos periféricos

  1. Antes de começar: preparar tubos de diluição com 900 mL de 1x PBS para pulmão e baço e 90 ul de 1x PBS para sangue. placas de etiqueta para a cultura de bactérias e definir a temperatura ambiente; Portanto, o tempo uma vez que o tecido tenha sido recolhida vai ser minimizado entre homogeneização e plaqueamento para crescimento bacteriano.
    Nota: Devido à deposi heterogêneoção de bactérias nos pulmões que podem ocorrer com aspiração, recomenda-se que os ratos individuais ser utilizado para análise de qualquer celularidade total das vias respiratórias ou de carga total (bilateral) pulmonar bacteriana.
  2. Euthanize o mouse como por passo 3.1 e recolher posteriormente sangue do ventrículo esquerdo, colocando em um tubo heparinizado para evitar a coagulação. Remove todos os lobos pulmonares e lugar em um tubo de 15 ml contendo 5 ml de PBS 1x, seguido por remoção do baço e colocação em 2 ml de PBS 1x. Coloque os tubos em gelo. Tome cuidado para limpar instrumentos com etanol entre cada tecido / mouse.
  3. Homogeneizar o tecido em gelo, de preferência com homogeneizadores descartáveis ​​que podem ser alterados entre cada amostra. dicas homogeneizador descartáveis ​​podem ser autoclavados para reutilização entre os experimentos.
  4. Uma vez que o tecido foi homogeneizado, realizar diluições em série e placa. Amostras de placa de um tecido dada / diluição em duplicado em uma única placa de TSA por traçar uma linha divisória no plástico. Chapeamento e dilução sugestões são mostrados abaixo (em todos os casos, 10 ul de amostra é espalhada sobre placa) e baseiam-se numa 24 h pós-infecção necropsia. Se analisando amostras 48-72 hr, um maior número de diluições podem precisar de ser banhado devido ao aumento da carga bacteriana em pontos de tempo posteriores.
    1. Para Sangue - diluir 1:10 por adição de 10 ul de sangue em 90 ul de PBS estéril 1x. Placa limpo e 1:10 amostras diluídas em duplicado. Uma vez que o sangue foi banhado, girar o sangue residual a 9300 xg durante 10 minutos para extrair o plasma para a medição de citoquinas e quimioquinas.
    2. Para Pulmão - diluir 1:10 - 1: 100 por adição de 100 ul de homogeneizado de pulmão em 900 ul de PBS estéril 1x em série. Placa puro homogeneizado e todas as diluições em duplicado.
    3. Para Baço - dilua 1: 10-1: 100 por adição de 100 ul de baço homogeneizado em 900 pi de PBS estéril 1x em série. Placa puro homogeneizado e ambas as diluições em duplicado.
  5. Deixar as amostras de propagação para secar brevemente. Inverta placas de TSA e coloque em uma estática de 37 ° C incubadora durante a noite.
  6. Determinar o número de bactérias que colonizam a média das colónias de bactérias a partir de ambos os lados da placa e a partir de cada diluição. Fator nas diluições iniciais de 5 ml de pulmão e 2 ml de baço para determinar UFC tecido totais.

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Representative Results

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Ratinhos C57BL / 6 foram infectados com 2,000 CFU de K. pneumoniae 43816 (serótipo 2) por meio de aspiração da orofaringe para dentro dos pulmões. Nesta dose, os ratos normalmente começam a mostrar sintomas clínicos 12-24 h pós-infecção, incluindo letargia, pele enrugadas, e perda de peso de 5-10% (Figura 2A). Dentro de 48-72 horas após a infecção, muitos dos murganhos apresentam sintomas de doença e de morbilidade que é tipicamente precedido por uma média de perda de peso de 20% e os resultados de posturas curvados com actividade diminuída e diminuição da capacidade de resposta à estimulação. Estudos de maior duração pode necessitar de uma dose mais baixa de K. pneumoniae. A infecção com 500 CFU de K. pneumoniae resulta em doença mais suave com um pico 3-5 d pós-infecção que é caracterizada por uma perda de peso de 10-15% de recuperação com o ganho de peso e por dia começando 5-6 (Figura 2B). O peso corporal é muitas vezes preditivo de sobrevivência, com uma perda de peso de 20% raraly associada com a recuperação.

O sucesso da resposta do hospedeiro pode ser melhor indicado por estudos de sobrevivência, em que ratos são monitorados por 10-14 dias, e sacrificados (por diretrizes institucionalmente aprovados) para os sinais de estado moribundo, como a mínima capacidade de resposta à estimulação táctil e / ou perda de peso > 20%. Estudos de sobrevivência são muitas vezes mais eficaz se um inoculo infectante como alvo um que se aproxima de 50% de letalidade (isto é, a dose LD50) no grupo de controlo (Figura 2C). Uma dose LD50 permite a detecção de ambos relativamente aumentada e diminuição da sobrevivência no grupo experimental. sobrevivência diferencial pode estar dependente de inoculo, de modo que várias doses de infecção pode por vezes ser necessário para detectar um fenótipo alterado de defesa do hospedeiro.

Infecção do trato respiratório inferior, com K. pneumoniae é caracterizada por um fluxo forte de Leukocytes para a via aérea. Enumeração de células imunitárias e a diferenciação através da coloração do sedimento de células BAL demonstra um aumento das células imunitárias das vias aéreas dentro 6H pós-infecção (Figura 3A). Picos celularidade por 24 h, com neutrófilos sendo a célula imunitária predominante nas vias respiratórias (Figura 3A-B). Ambos os sexos de ratinhos C57BL / 6 demonstram leucocitose equivalente das vias aéreas em resposta a K. pneumoniae às 24 h e 48 h pós-infecção (Figuras 3C-D).

pneumonia bacteriana induz local (intrapulmonar) e sistémicas mediadores pró-inflamatórios incluindo citocinas e quimiocinas. os níveis de citocina / quimiocina local pode ser detectado no BALF com uma ELISA convencional ou utilizando um sistema multiplex de citocina. As citocinas, incluindo IL-6, a RANTES, o TNFa, G-CSF, e os outros são detectável em ambas as 24 h e 48 h pós-infecção com K. pneumoniae e fornecer insights sobre o lung microambiente e o seu recrutamento de células imunitárias (Figura 4).

Coleção de pulmão, sangue e tecidos periféricos (s), tais como baço permite a quantificação da carga bacteriana tecido, fornecendo informações sobre as taxas de clareamento pulmonar local de micróbios, bem como a disseminação extrapulmonar de bactérias. A diluição em série e a cultura do pulmão demonstra expansão da carga microbiana entre 24 h e 48 h pós-infecção (Figura 5A). Descobertas similares são observados no sangue e do baço (Figura 5B - C). De nota, a carga bacteriana bimodal pode ser observado no sangue e baço às 24 h pós-infecção, com alguns ratos com disseminação bacteriana de alto grau, e outros, mesmo em face da carga bacteriana de alto grau no pulmão, exibindo nenhuma bactérias detectáveis no sangue ou baço. K. a carga bacteriana pneumoniae em ratinhos C57BL / 6 não é Gend-er específica, como machos e fêmeas demonstrar peso equivalente em vários tecidos pós-inoculação (Figura 5D-F).

figura 1
Figura 1:. Conselho Procedimento de pneumonia por aspiração em Ratos Estudo ratos são posicionados, cabeça para cima e de volta à placa (ou seja, semirecumbent), suspenso pelos incisivos de um elástico esticado entre dois pinos montado em uma Plexiglas ou painéis semelhantes.

Figura 2
Figura 2: Avaliação da perda de peso e Morbidade Após aspiração pulmonar de K. pneumoniae. Ratinhos C57BL / 6 (n = 10-20 por condição) foram infectados por aspiração de K. pneumoniae 43816 (serotipo 2). (A) Pesos diários, indexada peso de pré-infecção, a partir de camundongos infectados com 2.000 CFU. Neste estudo, não ratos sobreviveram dia 6. Infecção (B) passado com 500 CFU resulta em perda de peso diário através dia 4 pós-infecção com uma transição para o ganho de peso começando por dia 5. curvas (C) Sobrevivência de 150 CFU, 500 CFU, e infecções por 2000 unidades de formação de colónias (CFU), indicando que 500 CFU aproxima da DL50. Dados em painéis A e B são a média ± SEM. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3: A infecção com K. pneumoniae Resultados nas dependente Time-Airway leucocitose. camundongos C57BL / 6 foram dadas infecção intrapulmonar a 2000 CFU de K. pneumoniae. (A) quantificação de leucócitos (WBC) totais, neutrófilos (PMN) e macrófagos (MO) em fluido do espaço aéreo em vários pontos de tempo após a infecção. (B) Após a coloração, PMN e macrófagos pode ser facilmente identificado por morfologia e tamanho nuclear em campos de Cytospin e contadas. (C - D) A infecção em homens e mulheres resulta em um número semelhante de células inflamatórias recrutadas às 24 horas e pós-infecção de 48 horas. Os dados derivam de 6-25 / ratos por condição e são a média ± SEM. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4
Figura 4: citocinas e quimiocinas são induzidas no espaço aéreo em resposta à infecção bacteriana camundongos C57BL / 6 foram dadas intrapulmon.infecção ary a 2000 CFU de K. pneumoniae. BALF citocinas e quimiocinas foram quantificados por ensaio multiplex às 24 h pós-infecção e 48 horas. Os dados derivam de 5-15 ratos / condição e são a média ± SEM. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5
Figura 5:. A expansão dependente do tempo de carga bacteriana nos pulmões e nos tecidos periféricos durante Pneumonia ratinhos C57BL / 6 foram dadas infecção intrapulmonar com 2,000 CFU de K. pneumoniae. parenquimatosa carga bacteriana (A) Pulmão foi medida por plaqueamento de diluies em sie de homogeneizado de pulmão em TSA 24 h pós-infecção e 48 horas. (B) Corrente sanguínea e (C) da carga bacteriana do baço foram igualmente quantificados. ( F) da carga bacteriana em vários tecidos é equivalente em ratinhos macho e fêmea, após a indução da pneumonia. Os dados derivam de 10 ratinhos / condição e são a média ± SEM. Zero valores em painéis B, C, E, e F foram atribuído um valor de 0,1 para permitir gráficos em uma escala log. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

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Modelos murinos de pneumonia bacteriana, em parceria com o gene alvo e nas intervenções biológicas e farmacológicas in vivo, têm fornecido insights críticos sobre a resposta de defesa do hospedeiro pulmonar. Grandes avanços foram feitos, em particular, no nosso entendimento das quimiocinas e moléculas de adesão que regulam o recrutamento de neutrófilos para o espaço aéreo infectada 10,11. Modelos in vivo de pneumonia, ao contrário de abordagens baseadas em células ou alternativas, também forneceram informações importantes sobre endócrino comunicações que ocorrem entre o pulmão infectado e outros órgãos, tais como o fígado (resposta de fase aguda) 12 e as glândulas supra-renais (glucocorticóides stress) 13. Finalmente, um ponto crítico e clinicamente muito relevante que é revelado por in vivo modelos pneumonia é que a depuração patógeno bem sucedido não é o mesmo que o sucesso do hospedeiro. Em muitos casos, uma resposta imunitária overexuberant podem levar a morte do hospedeirodevido a lesão pulmonar espectador excessivo, mesmo em face da bem sucedida apuramento patógeno 8,14. Dado isto, medições paralelas de depuração agente patogénico e da resposta imune são geralmente mais informativos, e podem em última análise, ser necessários estudos de sobrevivência para revelar a resistência integrado do hospedeiro.

Aqui, nós descrevemos um método simples e não invasivo para a administração de bactérias para o pulmão murino através de aspiração. Em comparação com dispersão em aerossol, este método acarreta um menor risco potencial para a exposição respiratória do pessoal do estudo, fornece para a entrega de inoculo mais elevada concentrou-se para o pulmão profundo, e evita o efeito de confusão por oculares e das vias aéreas superiores respostas imunes. Intranasal inoculação realiza também a preocupação potencial confusão de infecção das vias respiratórias superiores, incluindo a possibilidade de infecção localmente invasivo do sistema nervoso central 4, e também tem sido relatada como resultando em inóculos altamente variável no pulmão5. Em comparação com a intubação endotraqueal quer por via perorai ou via transcutânea, este método requer o mínimo de formação, é mais rápida (~ 1 min por ratinho), e, pelo menos em comparação com o último método, tem uma menor morbidade. Desvantagens potenciais do método aspiração orofaríngea - alguns dos quais são partilhadas por outros métodos - incluem a necessidade de anestesia geral, a probabilidade de irregular (isto é, assimétrica e heterogénea) a entrega de agentes patogénicos, infecção predominante dos lobos inferiores 15, e a incapacidade para dirigir o patógeno unilateralmente a um único pulmão. Devido à distribuição desigual nos pulmões após a aspiração (dados não mostrados) - um resultado que é encontrado com todos os outros do que aerosolization 15 métodos de infecção de pulmão - que geralmente não realizar ensaios pulmonar unilateral em camundongos infectados. Ambos os pulmões ou são lavados em conjunto para avaliar a resposta imune, ou necropsiados juntos por quant bacteriana poolitation e / ou análise molecular (por exemplo, a expressão do gene, o ensaio de mieloperoxidase, citocinas ELISA). Passos particularmente críticas do protocolo são passo 1,8 -confirming a 600 OD: relacionamento UFC / mL antes da infecção in vivo e também confirmando a concentração de inóculo através de plaqueamento em cada experiência; bem como o passo 3.6 - assegurar uma lavagem não traumática das vias aéreas com boas volume volta para a seringa.

Apesar de co-infecção com flora oral (ou seja, pneumonia polimicrobiana) é uma preocupação teórica, não temos encontrado colônias bacterianas polimórficas em homogeneizados de pulmão de ratos infectados com K. pneumoniae ou S. pneumoniae. Por causa investigadores sobre esta possibilidade, contudo, os ratinhos de controlo podem ser expostas a veículo aspirado (ou seja, tampão), se desejado. Embora alguma contaminação do lúmen do estômago através de deglutição (unaspirated de bactérias residuais) é possível saberh o método que descrevemos, nós nunca encontrou sinais ou mudanças na patologia grave clínicos gastrointestinais. Além disso, esta possibilidade é comum para os métodos de tratamento por aerossol e intranasal, e pode até ocorrer a seguir a tosse no método de inoculação intratraqueal.

Algumas preocupações metodológicas são universais a todos os modelos de pneumonia. Os grupos de controle e mouse experimental deve ser idealmente dentro de 2-3 semanas um do outro com a mesma idade. Embora não tenhamos encontrado diferenças de género evidentes na depuração patógeno ou inflamação das vias aéreas no K. modelo pneumoniae, os ratos devem ser pareados por sexo, como diferenças significativas entre os sexos na resposta imune inata foram relatados 16. Deve ser dada uma consideração cuidadosa para a origem do controle camundongos. controlos da mesma ninhada são geralmente preferidas em relação aos controlos adquiridos comercialmente como retrocruzamento incompleta, diferenças relacionadas com o microbioma nas populações de células imunitárias, e outra epigenetdiferenças ic são todos fatores de confusão possíveis que podem afetar a resposta imune 17,18. Atenção especial deve ser dada ao sorotipo específico e história cultura da bactéria infectar como diferenças substanciais na virulência podem ser vistos. Com base em nossa experiência com K. pneumoniae, recomendamos a realização de estudos-piloto iniciais, utilizando uma gama de infectar inóculos (por exemplo, 500-2.000 CFU) como da morbilidade / mortalidade de doses bacterianas específicos relatados na literatura - mesmo com o mesmo sorotipo bacteriana e mouse estirpe - não pode traduzir bem ao próprio laboratório, provavelmente devido a uma variedade de técnicas discrepâncias. diferenças inter-grupos entre controle e ratos experimental nos resultados inflamatórias e de acolhimento de defesa pode ser dependente de inóculo. Devido às realidades logísticas de criação de animais e de pessoal, que muitas vezes conduzir experimentos com 5-6 ratinhos por grupo experimental. Embora este ocasionalmente fornece poder estatístico adequado para CFU e contagem de células resultados, descobrimos que muitas vezes precisa repetir um estudo desta dimensão uma ou mais vezes, a fim de alcançar o poder adequada.

Para alguns ratinhos em uma dada experiência, nenhum crescimento bacteriano detectável no sangue e baço podem ser encontradas 24 horas pós-infecção (Figura 5). Nós interpretamos isso para indicar que 24 horas pode estar perto do limite cinética para a disseminação extrapulmonar detectável. Se baixo crescimento / indetectável no sangue / baço é observada, pulmão CFUs a partir do mesmo rato deve sempre ser examinado para tratar a possibilidade de um erro técnico (isto é, infecção muito baixo / indetectável pulmão, possivelmente indicando um erro na dosagem do rato).

No fechamento, o método de entrega aspiração orofaríngea de pneumonia bacteriana em ratos é uma técnica robusta que é relativamente fácil de adquirir a partir de um custo, formação e equipamento de ponto de vista, e é realista mesmo para laboratórios sem extensa experiênciaem processos pulmonares. O método pode ser facilmente acoplado a ensaios microbiológicos e imunológicos jusante da resposta de defesa do hospedeiro, e podem além disso, ser utilizado como um método de entrega pulmonar para uma vasta gama de riscos não cáustico.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Klebsiella pneumoniae, serotype 2 ATCC 43816
Tryptic soy broth Becton Dickenson 211825
Excel Safelet IV Catheters, 18 G x 1 1/4" Claflin Medical Equipment MEDC-031122
Hema 3 Solution 1 Fisher 23-122-937
Hema 3 Solution 2 Fisher 23-122-952
Hema 3 Fixative Fisher 23-122-929
27½ gauge tuberculin syringes Fisher 14-826-87
Lithium heparin plasma collectors Fisher 2675187
L-shaped disposable spreaders Lab Scientific DSC
1x PBS, pH 7.4 prepared in-house n/a Distilled water (5 L), NaCl (40 g), KCl (1 g), Na2HPO4 (5.75 g), KH2PO4 (1 g)   
ACK lysis buffer prepared in-house n/a NH4Cl (4.145 g), KHCO3 (0.5 g), EDTA (18.6 mg), bring up to 500 ml with distilled water and pH to 7.4

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References

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Um método não-invasivo e tecnicamente não-intensivo para indução e fenotipagem of Experimental pneumonia bacteriana em ratos
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Madenspacher, J. H., Fessler, M. B. A Non-invasive and Technically Non-intensive Method for Induction and Phenotyping of Experimental Bacterial Pneumonia in Mice. J. Vis. Exp. (115), e54508, doi:10.3791/54508 (2016).More

Madenspacher, J. H., Fessler, M. B. A Non-invasive and Technically Non-intensive Method for Induction and Phenotyping of Experimental Bacterial Pneumonia in Mice. J. Vis. Exp. (115), e54508, doi:10.3791/54508 (2016).

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