Intrarrenal Inyección de<em> Escherichia coli</em> En un modelo de rata de pielonefritis
Summary
This manuscript describes a rat surgical model of pyelonephritis using direct intra-renal infection by Escherichia coli into the renal pelvis. The experimental procedure can be utilized to study the pathogenesis of pyelonephritis as well as the associated inflammation and fibrosis.
Abstract
Pyelonephritis is a bacterial infection of the kidney and is most commonly caused by Escherichia coli. Recurrent infections can cause significant renal inflammation and fibrosis ultimately resulting in declining kidney function. Before improved clinical management and prevention of pyelonephritis can be instituted, a reliable animal model must be established in order to study the mechanisms of progression, recurrence, and therapeutic efficacy. The transurethral infection model closely mimics human pyelonephritis but exhibits considerable variation due to its reliance on urethral reflux to transport the bacteria to the kidney. Herein, a detailed surgical protocol for performing bacterial injections into the rat renal pelvis is provided and confirmed by non-invasive Magnetic Resonance Imaging (MRI). Using this protocol, animals receive direct exposure to a desired concentration of E. coli bacteria and can fully recover from the surgical procedure with adequate post-operative care. This facilitates subsequent longitudinal MRI assessments of the experimental animal models for comparison with saline (sham) controls. Using this direct delivery approach, the severity of infection is controllable and applicable for mechanistic studies of progression as well as development of novel treatment strategies.
Introduction
Los modelos de roedores se han utilizado para estudiar numerosas manifestaciones de la enfermedad humana, incluyendo pielonefritis e infecciones del tracto urinario (ITU). Las IU son un problema de salud global y pueden afectar a niños, hombres y mujeres de todas las edades. 1 , 2 , 3 La manifestación inicial de las IU incluye cistitis, y si la infección asciende a lo largo del uréter, puede aparecer una infección renal (pielonefritis). Al mismo tiempo, la prevalencia de la diabetes se aproxima a 400 millones de personas en todo el mundo. 4 , 5 Es importante destacar que la incidencia de UTI puede ser hasta 4 veces mayor en pacientes obesos o con diabetes mellitus tipo 2, lo que aumenta el riesgo de infección recurrente por ITU (rUTI), sepsis, fibrosis renal por pielonefritis y disfunción vesical. 6 , 7 , 8 RoedorLos modelos son importantes en el estudio de las ITU, porque las actuales terapias con antibióticos producen una respuesta sostenida y preventiva sólo en un subconjunto de pacientes con IU. Para mejorar el cuidado clínico de la UTI, los pasos clave son entender el mecanismo de rUTI y sus procesos fisiopatológicos de la infección aguda a la inflamación a la fibrosis, así como el impacto de la diabetes mellitus tipo 2.
El objetivo de mejorar los modelos animales es desarrollar técnicas que permitan una evaluación más precisa de la progresión de la enfermedad y las intervenciones terapéuticas. Se han empleado varios enfoques diferentes para inducir pielonefritis en ratas y / o ratones para estudiar la fisiopatología del daño renal, el efecto del tratamiento antibiótico y otros aspectos del curso natural de las ITU. Un enfoque común para establecer UTI retrógrada es el cateterismo transuretral. 10 , 11 , 12 , 13 <Este método introduce bacterias a través de la uretra en la vejiga urinaria de animales anestesiados. Si bien esta técnica simula de cerca la pielonefritis humana, la incidencia real y la magnitud de la infección pielonefritis puede ser muy variable debido a múltiples factores, incluyendo la falta de reflujo ureteral espontáneo o urinario micción durante o inmediatamente después de la inoculación. 11 Como resultado, la variabilidad experimental en la inducción de una infección pielonefritis ascendente puede limitar la utilidad de este modelo para estudiar infecciones de los riñones, así como estrategias terapéuticas.
Este informe describe un modelo de rata de pielonefritis quirúrgica donde E. coli se inyecta directamente en el riñón de rata. A pesar de que este modelo de rata es invasivo, la cantidad de E. coli suministrada al riñón puede controlarse eficazmente permitiendo una infección renal robusta e inflamación. 14 Dentro de este procedimiento, también describimosCómo estas infecciones renales inducidas pueden ser monitoreadas longitudinalmente con Imágenes de Resonancia Magnética in vivo (MRI).
Protocol
Representative Results
Discussion
La pielonefritis aguda ascendente en roedores (es decir, ratones y ratas) puede ser producida por cateterización transuretral. 16 , 17 , 18 Este método de infección transuretral es ventajoso porque no es invasivo y imita la fisiopatología humana de la infección ascendente. 17 , 18 , 19 , 20</s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the support of NIH/NIDDK K12 DK100014 (Lan Lu), the Case Comprehensive Cancer Center (NIH/NCI P30 CA43703), and the Clinical and Translation Science Collaborative of Cleveland (NIH/NCATS UL1 TR000439).
Materials
| Absorbing Pad | Fisher | 14-127-47 | |
| Sterile Cotton Gauze Pad | Fisher | 22-415-469 | |
| Latex Surgical Gloves | Henry Schein Animal Health | 21540 | |
| Curved Mayo Scissors | Fisher | S17341 | |
| Straight Blunt Foreceps | Fisher | 08-895 | |
| Scalpel Handle | Fisher | 08-913-5 | |
| Sterile Scalpel Blades | Fisher | 53220 | |
| 1mL Luer-Lok Syringe | BD Biosciences | 309628 | For bacterial injections |
| 20mL Luer-Lok Syringe | BD Biosciences | 301031 | For saline wash |
| Hemostat | Seneca Medical | 240267 | |
| 23 G 3/4 in. Needle | BD Biosciences | 305143 | |
| 30 G 1 in. Needle | BD Biosciences | 305128 | |
| U-100 Insulin Syringe | Exel International | 25846 | For medication injections |
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 050033 | |
| Xylazine | Henry Schein Animal Health | 33197 | Inject IP |
| Ketamine | Patterson Vetrinary | 07-881-9413 | Inject IP |
| Yohimbine (Atipamezole) | Patterson Vetrinary | 07-867-7097 | Inject IP after surgery |
| Bupivacaine (Marcaine) | Patterson Vetrinary | 07-890-4584 | Inject SQ at site of incision |
| Carprofen (Rimadyl) | Patterson Vetrinary | 07-844-7425 | Should be kept at 4 ᵒC |
| 4-0 Chromic Gut Suture | Ethicon Inc. | U203H | |
| 4-0 Braided Vicryl Suture | Ethicon Inc. | J304H | |
| 1mL SubQ Syringe | BD Biosciences | 309597 | |
| E. coli UTI89 or CFT073 | ATCC | 700928 | |
| Surgicel Absorbable Hemostat | Ethicon Inc. | ETH1951CS | |
| Biospec 9.4T MRI | Bruker | 94/20 USR |
References
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