Intratrakeal podning af Fischer 344 rotter med Francisella tularensis
Summary
Denne protokol beskriver intratrakeal vaccinationer af Fischer 344 rotter med Francisella tularensis. Denne procedure efterligner pulmonal eksponering af mennesker til denne potentielle biothreat agent og kan bruges til at teste vaccine og terapeutiske virkning mod pulmonal tularæmi.
Abstract
Pulmonal infektion med bakterien Francisella tularensis kan føre til alvorlige og potentielt dødelige sygdom, tularæmi, hos mennesker. På grund af den nuværende mangel på en godkendt tularæmi vaccine til mennesker, er forskning fokuseret på vaccine udvikling udnytter passende dyremodeller. Fischer 344 rotte fremstod som en model, der afspejler menneskelige modtagelighed for F. tularensis infektion, og er således en attraktiv model for tularæmi vaccine udvikling. Intratrakeal podning af Fischer 344 rotte med F. tularensis efterligner pulmonal eksponering hos mennesker. Den succesrige levering i rotte luftrøret er kritisk for pulmonal levering. En laryngoscope med belysning bruges til korrekt intubate tracheae af bedøvede rotter; den korrekte placering i luftrøret bestemmes ved en simpel anordning at opdage vejrtrækning. Efter intubation, F. tularensis kultur leveres i en afmålt dosis via sprøjte. Denne teknik standardiserer pulmonal levering af F. tularensis i rotte luftrøret til at evaluere vaccine effektivitet.
Introduction
F. tularensis (Ft) forårsager sygdom hos mennesker tularæmi. Når bakterier er erhvervet gennem ruten pulmonal, fører dette til lungerne tularæmi, som har høj sygelighed og dødelighed1. F. tularensis betragtes som en biothreat agent på grund af risikoen forbundet med aerosolmaterialer former, og der er i øjeblikket ingen vaccine godkendt til human brug i USA En intensiv indsats er i øjeblikket undervejs at udvikle vacciner og terapeutiske foranstaltninger mod lungerne tularæmi, at beskytte befolkningen mod ulovlig brug af denne bakterielle biothreat.
Meget af tularæmi forskning har fokuseret på musemodel, på grund af den ekstreme følsomhed mus til F. tularensis infektion, og forekomsten af reagenser. Mus har imidlertid vist sig for at være en vanskelig model for vaccine udvikling, på grund af vanskeligheden ved at demonstrere vaccine effekt i denne model2. For nylig, Fischer 344 rotte er blevet udviklet som en model for tularæmi vaccine udvikling3. Følsomheden af Fischer 344 rotte til forskellige F. tularensis underart efterligner menneskets følsomhed4, og rotter kan beskyttes mod F. tularensis pulmonal udfordring ved vaccination med levende vaccinestammer kendt for at beskytte mennesker5,6,7. Da Fischer 344 rotte modeller nogle funktioner af F. tularensis infektion hos mennesker, kan det være en særdeles nyttig model for udviklingen af en vaccine, der beskytter mod lunge F. tularensis eksponering.
En effektiv vaccine skal beskytte mennesker mod pulmonal eksponering for F. tularensis. Den mest sandsynlige pulmonal eksponering fra weaponized F. tularensis ville være aerosolmaterialer bakterier inhaleret i lungerne8. Dog aerosol generation af F. tularensis er både farlig og besværlig, og kræver specialudstyr og indeslutning. En alternativ rute af pulmonal eksponering i rotter, som måske er mere fleksibel for flere laboratorier mangler specialiseret udstyr er via intratrakeal podning6. Denne teknik anvender en laryngoscope til den korrekte placering af et kateter i luftrøret af en bedøvede rotte. Placering i luftrøret, i stedet for i spiserøret, er kontrolleret af en simpel anordning, der visualiserer luftstrøm fra lungerne. F. tularensis leveres efterfølgende ned i lungerne gennem kateteret af administrationen med en sprøjte, efterfulgt af indførelsen af luft ind i kateteret at sikre pulmonal levering af bakterier. Derimod Jemski5 tidligere rapporteret at F. tularensis inokuleres i Fischer 344 rotter via intranasal rute ikke kunne blive kulturperler fra lungerne indtil 3 dage efter podning, der angiver, at intranasal podning i rotter gør ikke resultere i direkte levering af bakterier ned i lungerne.
Vælg agent former af F. tularensis (F. tularensis subsp. tularensis, F. tularensis subsp. holarctica) kræver biosikkerhed niveau 3 (BSL3) indeslutning procedurer, hvilket ville forhindre videography. Men F. novicida (Fn) er undtaget fra Vælg agent status på grund af sin avirulence hos raske mennesker, og kan udnyttes sikkert under biosikkerhedsniveau 2 (BSL2) betingelser9,10. Desuden tjener Fn som grundlag for levende svækkede vacciner, der kan beskytte mod F. tularensis pulmonal eksponering når leveret via intratrakeal podning11,12,13. Teknikken præsenteres her tillader for studiet af infektioner, der opstår gennem ruten pulmonal udnytter rotter som en model for mennesker. Denne teknik kan udføres uden behov for specialiserede aerosol-generering udstyr. FN blev brugt til teknikker filmet her.
Protocol
Representative Results
Discussion
Fischer 344 rotte er ved at blive en vigtig model for tularæmi vaccine udvikling3. Eksponering for F. tularensis gennem ruten pulmonal er kritisk for at vise effekten af weaponized former af F. tularensis, fordi disse leveres som aerosoler. Intratrakeal podning af rotten letter eksponering af rotte lungerne til F. tularensis uden behov for stort, dyrt og kompliceret aerosol generering udstyr. Alle forsøg udnytte Vælg agent former af F. tularensis desuden kræ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev støttet af Defense trussel reduktion agentur (DTRA) under kontrakt HDTRA1-14-C-0116 og Center for ekspertise inden for infektion genomforskning (DOD #W911NF-11-1-0136).
Materials
| GreenLine fiber optic blade size 0 | Carefusion | 5-5231-00 | Macintosh American profile |
| GreenLight system laryngoscope handle | Carefusion | 4559GSP | |
| Exel International Safelet I.V. Catheter | EXEL INTERNATIONAL | 26743 | |
| Slip Tip Sterile Syringes 1ml | BD | 309659 | |
| Broad Point Dressing Thumb Forceps | Thermo Scientific | 76-302 | |
| 200ul barrier tip | GeneseeScientific | 24-142 | |
| 1000ul pipette tip | Olympus Plastics | 24-173 | |
| Dremel 3000-2/28 Rotary tool kit | Dremel | 3000228 | |
| Rodent Intubation Stand | Braintree Scientific | RIS 200 | |
| Isoflurane | Butler Schein | NDC 11695-6776-2 | |
| Rodent anesthesia machine | Surgivet | VTC302 Classic T3 | |
| Rodent Anesthesia chamber | Braintree Scientific | AB 1 |
References
- Ellis, J., Oyston, P. C. F., Green, M., Titball, R. Tularemia. Clin Microbiol Rev. 15 (4), 631-646 (2002).
- Lyons, C. R., Wu, T. H. Animal models of Francisella tularensis infection. Ann N Y Acad Sci. 1105, (2007).
- Hutt, J. A., Lovchik, J. A., Dekonenko, A., Hahn, A. C., Wu, T. H. The Natural History of Pneumonic Tularemia in Female Fischer 344 Rats after Inhalational Exposure to Aerosolized Francisella tularensis subspecies tularensis Strain Schu S4. Am J Pathol. 187 (2), 252-267 (2017).
- Ray, H. J., et al. The Fischer 344 rat reflects human susceptibility to Francisella pulmonary challenge and provides a new platform for virulence and protection studies. PloS one. 5, e9952 (2010).
- Jemski, J. V. Respiratory tularemia: comparison of selected routes of vaccination in Fischer 344 rats. Infect Immun. 34 (3), 766-772 (1981).
- Wu, T. H., et al. Vaccination of Fischer 344 rats against pulmonary infections by Francisella tularensis type A strains. Vaccine. 27 (34), 4684-4693 (2009).
- Mara-Koosham, G., Hutt, J. A., Lyons, C. R., Wu, T. H. Antibodies contribute to effective vaccination against respiratory infection by type A Francisella tularensis strains. Infect Immun. 79 (4), 1770-1778 (2011).
- Oyston, P. C., Sjostedt, A., Titball, R. W. Tularaemia: bioterrorism defence renews interest in Francisella tularensis. Nat Rev Microbiol. 2 (12), 967-978 (2004).
- Kingry, L. C., Petersen, J. M. Comparative review of Francisella tularensis and Francisella novicida. Front Cell Infect Microbiol. 4, 35 (2014).
- Rohmer, L., et al. Comparison of Francisella tularensis genomes reveals evolutionary events associated with the emergence of human pathogenic strains. Genome Biol. 8 (6), R102 (2007).
- Chu, P., et al. Live attenuated Francisella novicida vaccine protects against Francisella tularensis pulmonary challenge in rats and non-human primates. PLoS Pathog. 10 (10), e1004439 (2014).
- Signarovitz, A. L., et al. Mucosal Immunization with Live Attenuated Francisella novicida U112ΔiglB Protects against Pulmonary F. tularensis SCHU S4 in the Fischer 344 Rat Model. PloS one. 7 (10), e47639 (2012).
- Cunningham, A. L., et al. Enhancement of vaccine efficacy by expression of a TLR5 ligand in the defined live attenuated Francisella tularensis subsp. novicida strain U112DiglB::fljB. Vaccine. 32 (40), 5234-5240 (2014).
