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JoVE Journal Immunology and Infection
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Immunology and Infection

Ein Mausmodell zu beurteilen, angeborene Immunantwort auf Staphylococcus Aureus -Infektion

Published: February 28, 2019 doi: 10.3791/59015
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 1
1Department of Biomedical Engineering, University of California Davis, 2Department of Dermatology, Johns Hopkins University School of Medicine

Summary

Ein Ansatz ist für Echtzeit-Erkennung der angeborenen Immunantwort zu kutanen Verwundung und Staphylococcus Aureus Infektion der Mäuse beschrieben. Durch Vergleich LysM EGFP Mäuse (die fluoreszierenden Neutrophile besitzen) mit einem LysM EGFP immungeschwächte Maus Sorte gekreuzt, wir vorab unser Verständnis der Infektion und der Entwicklung von Ansätzen zur Bekämpfung der Infektion.

Abstract

Staphylococcus aureus (S. Aureus) Infektionen, einschließlich Methicillin resistente Flecken sind eine enorme Belastung für das Gesundheitssystem. Mit Inzidenzraten von S. Aureus Infektionen jährlich Klettern gibt es ein Bedarf für weitere Forschung in ihrer Pathogenität. Tiermodelle der ansteckenden Krankheit unser Verständnis von der Wirt-Pathogen-Reaktion und zur Entwicklung wirksamer Therapeutika führen. Neutrophilen Rolle eine primäre bei der angeborenen Immunantwort, der S. Aureus -Infektionen durch die Bildung eines Abszesses bakterielle Abstand zu Wand aus die Infektion kontrolliert; die Zahl der Neutrophilen, die eine S. Aureus -Haut-Infektion oft infiltrieren korreliert mit Krankheit Ergebnis. LysM EGFP-Mäusen, die das erhöhte grüne fluoreszierende Protein (EGFP) eingefügt in das Lysozym M (LysM)-Promotor-Region (ausgedrückt in erster Linie durch Neutrophile) besitzen, in Verbindung mit in-vivo ganze Tier Fluoreszenz-Bildgebung (FLI) bieten eine Mittel zur Quantifizierung der Neutrophilen Auswanderung nicht-invasiv und längs in verletzte Haut. In Kombination mit einer Biolumineszenz S. Aureus Stamm und sequentielle in-vivo ganze Tier Biolumineszenz Imaging (BLI), es ist möglich, längs der Neutrophilen Rekrutierung Dynamik und in-vivo bakterielle Belastung auf dem Gelände des überwachen Infektion bei narkotisierten Mäuse vom Ausbruch der Infektion zur Auflösung oder zum Tod. Mäuse sind widerstandsfähiger gegen eine Reihe von Virulenzfaktoren von S. Aureus produziert, die effektive Kolonisation und Infektion in den Menschen zu erleichtern. Immungeschwächte Mäuse bieten ein empfindlicher Tiermodell untersuchen persistent S. Aureus Infektionen und die Fähigkeit der Therapeutika, angeborene Immunantwort zu steigern. Hierin, kennzeichnen wir Antworten in LysM EGFP-Mäusen, die mit MyD88-defizienten Mäusen (LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse) gezüchtet wurden zusammen mit Wildtyp LysM EGFP-Mäusen, S. Aureus Haut Wundinfektionen zu untersuchen. Multispektrale simultane Detektion Studie der Neutrophilen Rekrutierung Dynamik mithilfe von in-vivo FLI, bakterielle Belastung mithilfe von in-vivo BLI aktiviert und Wundheilung längs und nicht-invasiv im Laufe der Zeit.

Introduction

Staphylococcus aureus (S. Aureus) macht die Mehrheit der Haut- und Weichteilinfektionen (SSTI) in die Vereinigten Staaten1. Die Inzidenz von Methicillin-resistenten S. Aureus (MRSA) Infektionen stetig gestiegen in den letzten zwei Jahrzehnten2, motivieren die Untersuchung der Mechanismen der Persistenz und die Entdeckung neuer Behandlungsstrategien. Die Standardbehandlung für MRSA-Infektionen ist systemische Antibiotika-Therapie, aber MRSA über Zeit3 zunehmend Resistenzen gegen Antibiotika geworden ist und diese Medikamente können verringern des Gastgebers vorteilhaft Mikrobiom, wodurch negative gesundheitliche Auswirkungen, vor allem in Kinder von4. Präklinische Studien haben alternative Strategien zur Behandlung von MRSA-Infektionen5untersucht, aber übersetzen diese Ansätze in die Klinik erwies sich als schwierig wegen der Entstehung von Virulenzfaktoren, die Wirt Immune Antworten6vereiteln. Um die Wirt-Pathogen-Dynamik dieses Laufwerk S. Aureus SSTI sezieren, kombinieren wir nicht-invasive und längs Auslesen der Zahl der neutrophilen Granulozyten rekrutiert, das Wundbett mit kinetischen Maßnahmen der bakteriellen Fülle und Wunde Bereich.

Neutrophile sind die am häufigsten vorkommende zirkulierenden Leukozyten in den Menschen und die first Responder auf eine bakterielle Infektion-7. Neutrophile sind eine notwendige Komponente für eine effektive Wirtsantwort gegen S. Aureus Infektionen aufgrund ihrer bakteriziden Mechanismen, einschließlich der Produktion von reaktiven Sauerstoffspezies, Proteasen, antimikrobielle Peptide und funktionale Antworten einschließlich der Phagozytose und Neutrophilen extrazelluläre Falle Produktion8,9. Menschliche Patienten mit genetischen Defekten in Neutrophilen Funktion, z. B. chronische granulomatöse Erkrankung und Chediak-Higashi-Syndrom, zeigen eine erhöhte Anfälligkeit für S. Aureus -Infektion. Darüber hinaus Patienten mit genetischen (z. B. angeborene Neutropenie) und erworbenen (z. B. Neutropenie bei Chemotherapiepatienten gesehen) Mängel in Neutrophilen-Zahlen sind auch sehr anfällig für S. Aureus -Infektion10. Angesichts der Bedeutung der Neutrophilen im clearing S. Aureus Infektionen, kann Ausbau ihrer immun oder tuning ihre Zahl innerhalb einer S. Aureus -Läsion eine wirksame Strategie zur Lösung Infektion erweisen.

Im letzten Jahrzehnt wurden transgene Mäuse mit Fluoreszenz Neutrophilenzahl Reporter entwickelt, um ihren Handel11,12zu studieren. Kombination von Neutrophilen Reporter Mäuse mit ganze Tier bildgebende Verfahren ermöglicht räumlich-zeitliche Analyse der Neutrophilen in Geweben und Organen. In Kombination mit Biolumineszenz Stämme von S. Aureusist es möglich, die Ansammlung von neutrophilen Granulozyten in Reaktion auf S. Aureus Fülle verfolgen und Persistenz im Zusammenhang mit bakteriellen Virulenz Faktoren, die direkt und indirekt Radardetektoren Sie Neutrophilenzahl Zahlen im betroffenen Gewebe13,14,15,16.

Mäuse sind weniger anfällig für S. Aureus Virulenz und Immune Evasion Mechanismen als Menschen. Als solche Wildtyp Mäusen möglicherweise nicht ideal Tiermodell untersucht die Wirksamkeit von einer Therapie zur Behandlung von chronischen S. Aureus gegeben Infektion. MyD88-defizienten Mäusen (d. h. MyD88- / - Mäuse), ein immungeschwächten Maus-Sorte, die funktionelle Interleukin-1 Rezeptor (IL-1R) und Toll-Like-Rezeptor (TLR) Signalisierung, zeigen größere Anfälligkeit für S. Aureus -Infektionen im Vergleich zu fehlen Wildtyp Mäusen17 und eine Wertminderung Neutrophilenzahl Menschenhandel zu einer Website von S. Aureus -Infektion in der Haut-18. Entwicklung eines Maus-Stamm, die einen fluoreszierenden Neutrophilenzahl Reporter in MyD88- / - Mäusen besitzt lieferte ein alternatives Modell zur Untersuchung der Wirksamkeit von Therapien zur Behandlung von S. Aureus -Infektionen im Vergleich zu aktuellen Neutrophilen Reporter-Mäuse.

In diesem Protokoll wir charakterisieren S. Aureus -Infektionen bei immungeschwächten LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen, und vergleichen Sie die zeitlichen Verlauf und die Auflösung der Infektion mit den LysM EGFP-Mäusen. LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse entwickeln eine chronische Infektion, die nicht behoben werden kann, und 75 % erliegen Infektion nach 8 Tagen. Eine bedeutende Defekt im anfänglichen Neutrophilenzahl Anwerbung über 72 h der entzündlichen Phase der Infektion, und 50 % weniger Neutrophile rekrutieren während der zweiten Phase der Infektion. Die erhöhte Anfälligkeit der LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen macht das besondere Belastung ein rigoroses präklinisches Modell zur Bewertung der Wirksamkeit von neuen therapeutischen Techniken für S. Aureus -Infektionen im Vergleich zu aktuellen Modellen, die Nutzen Sie Wildtyp Mäusen, vor allem Techniken mit dem Ziel, die angeborene Immunantwort gegen eine Infektion zu steigern.

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Protocol

Alle Studien an Mäusen wurden überprüft und durch die institutionelle Animal Care and Use Committee an der UC Davis genehmigt und wurden nach den Richtlinien des Tierschutzgesetzes und der Gesundheit Forschung Extension Act durchgeführt. Achten Sie darauf, sterile Handschuhe verwenden, bei der Arbeit mit Tieren.

1. Maus Quelle und Gehäuse

  1. LysM eGFP-Mäusen auf einen genetischen Hintergrund C57BL/6J ableiten wie zuvor12beschrieben. LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen durch Kreuzung LysM EGFP-Mäusen mit MyD88- / - Mäusen auf C57BL/6J Hintergrund ableiten.
  2. Hausmäuse in ein Vivarium. Für diese Studien wurden die Tiere an der University of California, Davis in Gruppen vor und einzelne untergebrachte folgende Chirurgie untergebracht. Verwenden Sie Mäuse im Alter von 10-16 Wochen.

2. bakterielle Vorbereitung und Quantifizierung

  1. Entfernen Sie die Biolumineszenz S. Aureus -Stamm des Interesses von-80 ° C Lagerung auf Eis auftauen. Streifen auf eine 5 % Rind Blut Nährbodenplatte. Inkubieren Sie die gestreiften Platte in einem befeuchteten Inkubator bei 37 ° C über Nacht (16 h).
    Hinweis: In diesem Protokoll wurde die ALC2906 SH1000 Belastung verwendet. Diese Sorte enthält das Shuttle Plasmid pSK236 mit dem Penicillin-Bindeprotein 2 Veranstalter der LuxABCDE Reporter Kassette aus Photohabdus Luminescens18verschmolzen.
  2. Bereiten Sie tryptic Soy Bouillon (TSB), durch das Mischen von 0,03 g TSB Pulver pro mL reines Wasser und Autoklaven TSB zu sterilisieren. Wenn abgekühlt, fügen Sie alle notwendigen Antibiotika mit steriler Technik. Fügen Sie in diesem Protokoll 10 µg/mL Chloramphenicol18 der TSB für die Expression des pSK236 Shuttle Plasmids auswählen, die die Biolumineszenz LuxABCDE Kassette enthält hinzu.
  3. Wählen Sie 3-4 separate Kolonien von S. Aureus -Platte in TSB mit 10 µg/mL Chloramphenicol eine Übernacht-Kultur zu beginnen. Inkubieren Sie Bakterien auf eine Inkubation Shaker bei 37 ° C über Nacht (16 h).
  4. Starten Sie eine neue Bakterienkultur aus der Nacht Kultur durch das Verdünnen einer Probe 01:50 in TSB mit 10 µg/mL Chloramphenicol. Kultur in einer Inkubation Shaker bei 200 u/min und 37 ° c
  5. Zwei Stunden nach der Spaltung der S. Aureus, überwachen die Extinktion bei 600 nm (OD600) auf einem Spektrophotometer. Beobachten Sie die OD600 vs. Zeit, Mitte logarithmischen Phase Wachstum zu finden. Für die ALC2906 SH1000 Belastung eines OD600 von 0,5 ist Mitte logarithmisch und entspricht einer Konzentration von 1 x 108 KBE/mL (Abbildung 1).
  6. Wenn OD600 0,5 ist, waschen Sie Bakterien 1:1 mit eiskalten DPBS. Zentrifugieren Sie die Bakterien für 10 min bei 3.000 x g und 4 ° C. Sorgfältig abgießen Sie überstand und fügen Sie zusätzliche gekühlten DPBS und Wirbel gründlich. Zentrifuge einmal für 10 min bei 3.000 x g und 4 ° C.
  7. Den Überstand vorsichtig zu dekantieren. Aufschwemmen der bakteriellen Pellets bei einer gewünschten Konzentration. Für diese Studien 3 mL ALC2906 SH1000 zu sammeln und in 1,5 mL PBS, Korrelation zu einer Bakterien-Konzentration von etwa 2 x 108 KBE/mL Aufschwemmen. Bakterien auf dem Eis bis zur Verwendung aufbewahren
  8. Um zu überprüfen, Bakterien-Konzentration, verdünnen Sie 100 µL der bakteriellen Probe 1: 10.000 und 1: 100.000 mit PBS-Puffer. Platte 20 µL Aliquots auf einer Nährbodenplatte. Inkubation bei 37 ° C in einem befeuchteten Inkubator für 16 h. Graf KBE durch grobe Untersuchung und eine Bakterienkonzentration am folgenden Tag zu berechnen.

3. Excisional Haut daraus und Inokulation mit S. aureus

  1. Verabreichen Sie 100 µL von 0,03 mg/mL Buprenorphin-Hydrochlorid (~0.2 mg/kg) an jeder Maus über intraperitoneale Injektion.
  2. Zwanzig Minuten nach der Injektion, Platz 2-4 Mäuse in einer Kammer mit ca. 2-3 l/min Sauerstoff mit 2-4 % Isofluran. Sobald Mäuse vollständig betäubt sind, übertragen Sie die Mäuse, die jeweils einzeln zu einem Prüfkopf mit 2-3 l/min Sauerstoff mit 2-4 % Isofluran verbunden. Stellen Sie sicher, dass Mäuse vollständig betäubt sind, durch jede hintere Pfote zwischen Daumen und Zeigefinger fest kneifen. Fahren Sie mit dem nächsten Schritt fort, wenn das Tier nicht auf die Prise reagiert.
  3. Einen 1 Zoll 2 Zoll abschnittsweise auf der Rückseite der Maus mit elektrischen Haarschneider rasieren und klare Bereich Fell Schnittgut mit einem sauberen Tuch oder Gaze. Vermeiden Sie die Verwendung Enthaarungsmittel Lotion, da es überschüssige Entzündungen verursachen kann.
  4. Saubere getränkt die Rückseite der Maus zuerst mit 10 % Povidon-Jod getränkte Gaze und dann mit einer 70 % Ethanol Gaze. Reinigen Sie den Bereich spiralförmig nach außen von der Mitte des OP-Bereich bewegen. Warten Sie ca. 1 min für den OP-Bereich vor der Operation zu trocknen.
  5. Halten Sie die rasierte Rückseite der Maus locker zwischen zwei Fingern zu und drücken Sie fest auf eine Stanzbiopsie steril 6 mm in der Mitte des vorbereiteten chirurgischen Bereich. Ziehen Sie die Haut nicht straff.
    1. Drehen Sie die Stanzbiopsie um einen kreisförmigen Umriss auf der Haut zu erstellen, die vollständig durch die Haut in mindestens einen Abschnitt der Kontur schneidet. Achten Sie darauf, dass Sie nicht in der zugrunde liegenden Faszie oder Gewebe geschnitten.
    2. Verwenden Sie sterile Schere und Zange zum Schneiden durch die Epidermis und Dermis nach dem kreisförmigen Muster eingeprägt durch die Stanzbiopsie.

4. S. Aureus Inokulation

  1. Die gewünschte biolumineszenten Bakterien titanhaltigen 28 G Insulin Spritze einfüllen. In dieser Studie verwalten eine Konzentration von 1 x 108 KBE/mL (50 µL). Verabreichen Sie mehr als 100 µL Volumen nicht.
  2. 50 µL titanhaltigen zwischen der Faszie und Gewebe in der Mitte der Wunde auf der Rückseite der Maus zu injizieren. Stellen Sie sicher, dass die titanhaltigen eine Blase in der Mitte der Wunde mit minimaler Leckage oder Dispersion bildet.
    1. Ziehen Sie die Lederhaut zur Seite, halten Sie die Spritze fast parallel zum Gewebe und drücken Sie die Spritze langsam in das Gewebe zu, bis eine plötzliche Abnahme der Widerstand, was darauf hindeutet spürbar ist, der Faszie piercing. Vorsichtig die Spritze in der Mitte der Wunde führen und die titanhaltigen langsam zu verzichten. Ziehen Sie die Spritze langsam vom Tier.
  3. Injizieren Sie die gleiche Menge an sterilen PBS in die Wunden von nicht infizierten Tieren, wie oben beschrieben.
  4. Das Tier in seinen Käfig zurück. Legen Sie den Käfig unter einer Wärmelampe oder auf ein Heizkissen und überwachen Sie das Tier bis zur Genesung aus der Narkose zu.

(5) in Vivo BLI und FLI

  1. Den ganze Tieren Imager durch die Gerätesoftware zu initialisieren. Mäuse in einer Kammer erhalten 2-3 l/min Sauerstoff mit 2-4 % Isofluran zu betäuben. Die Nosecones im Inneren der Imager Anästhesie anzubieten.
  2. Platzieren Sie die verwundete und infizierte Maus in den Imager. Positionieren Sie den Mauszeiger, so dass die Wunde so flach wie möglich ist. Verwenden Sie die folgende Sequenz Setup um die Mäuse zu Bild.
    1. Wählen Sie Lumineszenz und fotografieren als die bildgebenden Modus. Die Expositionszeit beträgt 1 min bei kleinen binning und F/Stop 1 (Lumineszenz) und F/Stop 8 (Foto). Die Emission Filter ist geöffnet. Klicken Sie auf Importieren , um das Bild aufzuzeichnen.
    2. Fluoreszenz und fotografieren wie der imaging-Modus auswählen Die Belichtungszeit ist 1 s in kleinen binning und F/Stop 1 (Fluoreszenz) und F/Stop 8 (Foto) mit einer Wellenlänge von Erregung von 465/30 nm und eine Emission Wellenlänge 520/20 nm mit einer hohen Lampe Intensität. Klicken Sie auf Importieren , um das Bild aufzuzeichnen.
  3. Das Tier in seinen Käfig und Monitor bis zur Genesung aus der Narkose zurück.
  4. Bild Mäuse täglich wie beschrieben oben.

6. die Bildanalyse

  1. Geöffnete Bilder quantifiziert werden.
  2. Platzieren einer großen kreisförmigen Region of Interest (ROI) über die gesamte Wundfläche einschließlich der umgebenden Haut für jede Maus in das Bild. Über den Rand der Wunde nach einigen Tagen erweitern Neutrophilen in-vivo FLI EGFP signalisiert und in-vivo BLI S. Aureus -Signale wurden in diesen Studien (Abb. 2A und 2 b). Klicken Sie auf Maß ROI und Rekordwerte für mittlere Flux für jede Maus. Zeichnen Sie das mittlere Flussmittel versus jedesmal Signal (p/s).
  3. Auf Wunsch absolute Zahl der Neutrophilen oder S. Aureus in der Wunde sind durchführen Sie die folgenden Experimente.
    1. Um Neutrophilenzahl Zahlen zu den in-vivo FLI EGFP-Signalen zu korrelieren, Wunde C57BL/6J Mäuse wie oben beschrieben, und eine Reihe von Knochenmark stammenden Neutrophilen (5 x 105 bis 1 x 107) von LysM EGFP oder LysM-EGFPxMyD88- / - Spender direkt auf verschiedenen Wunden. Bild wie beschrieben oben und korrelieren signalisiert die in-vivo FLI EGFP bekannte Menge von Neutrophilen.
    2. Um die in-vivo BLI Signale S. Aureus KBE korrelieren, Wunde und Mäuse wie oben beschrieben zu infizieren. Am 1. Tag nach der Infektion in-vivo BLI Signale von den Mäusen und sofort einschläfern und chill-Kadaver. Verbrauchsteuern die Wunde, das Gewebe zu homogenisieren und Platte bakterielle Verdünnungen auf Agar zur Inkubation über Nacht. Zählen Sie am nächsten Tag Kolonien KBE pro Wunde zu bestimmen.
  4. Heilende Wunde Passform einen kreisförmigen ROI zu messen, über die Wunde Rand und die Maßnahme den Bereich der Wunde (cm2) und die gebrochene Veränderung vom Ausgangswert vs. Zeit (Abbildung 2).

7. Statistik

Hinweis: Alle Daten werden dargestellt als mittlere ±SEM. p < 0,05 wurden als statistisch signifikant

  1. Unterschiede zwischen beiden Gruppen an einem einzigen Tag die Holm-Sidak Methode bestimmen, mit Alpha = 0,05 und analysieren jeden Zeitpunkt einzeln, ohne dass eine konsistente SD
  2. Vergleichen Sie die Unterschiede zwischen mehreren Gruppen am gleichen Tag durch einfache ANOVA mit der Tukey Multiple Vergleiche Nachtest. Überleben zwischen Versuchsgruppen wurde der Mantel-Cox-Methode analysiert.

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Representative Results

LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse sind anfälliger für S. Aureus -Infektion als LysM EGFP-Mäusen

Die Stamm von S. Aureus verwendet in dieser Studie, ALC290618, wurde gebaut, mit einem Plasmid mit dem Lux -Konstrukt, das Biolumineszenz Signale von live und aktiv metabolisieren Bakterien produziert. Wenn in Mäuse geimpft, kann in-vivo Biolumineszenz bildgebende Verfahren (BLI) verwendet werden, um Bakterien Belastung innerhalb einer infizierten Wunde längs zu messen. LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen und LysM EGFP-Mäusen wurden verwundet und infiziert mit 1 x 107 KBE von S. Aureus in der Wunde, ihre Anfälligkeit für S. Aureus Infektionen zu vergleichen. LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse zeigten größere Anfälligkeit für Infektionen als LysM EGFP-Mäusen 80 % Letalität von LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen in den ersten 8 Tagen der Infektion im Vergleich zu 0 % Letalität von LysM EGFP-Mäusen während belegt der 15-Tage-Dauer des Experiments (Abb. 3A). Beide Stämme von Mäusen verloren ~ 5 % des Körpergewichts nach Infektion, aber LysM EGFP-Mäusen wieder Einwaage von Tag 2, während LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen nicht an Gewicht verloren (Abb. 3 b) erholte. Wundverschluss in Anwesenheit von S. Aureus Infektion war nicht anders zwischen den beiden Stämmen; Allerdings hatte steril Verwundeten LysM EGFP × MyD88- / - einen erheblichen Fehler bei der Wundheilung im Vergleich zu LysM EGFP-Mäusen (Abbildung 3), wie bereits berichtet19. Ganztier imaging wurde verwendet, um die bakterielle Belastung täglich messen und so früh wie Tag 1, LysM EGFP × MyD88- / - Wunden hatte eine höhere bakterielle Last als LysM EGFP Wunden. LysM EGFP-Mäusen Infektion kontrolliert und in-vivo BLI-Signale in der Wunde verringert, während LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen eine Zunahme der bakteriellen Belastung ausgestellt, die Plateau am 4. Tag bis zu tierischen Tod (Abbildung 3D,E). Diese Daten zeigen zusammen, die erhöhte Anfälligkeit von LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen für S. Aureus -Infektionen im Vergleich zu LysM EGFP-Mäusen.

Neutrophilenzahl Handel beeinträchtigt wird in S. Aureus infiziert LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse im Vergleich zu LysM EGFP-Mäusen

LysM EGFP Maus produziert grüne fluoreszierende Neutrophilen aufgrund einer EGFP Protein kodiert nachgelagerten Lysozym M Veranstalter12. Diese Maus verwendet worden, um studieren längs in-vivo Neutrophilenzahl Menschenhandel als Reaktion auf dermale S. Aureus Infektion13,14,20,21,22. Um Neutrophilenzahl Kinetik zu Wunden auf LysM EGFP und LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen produziert zu vergleichen, eine 6 mm volle dicke Haut Wunde auf dem Handrücken verwaltet wurde, und Mäuse wurden täglich abgebildet. Ein 40 % Rückgang der Neutrophilen Menschenhandel zu Wunden verzeichneten LysM EGFP × MyD88- / - im Vergleich zu LysM EGFP-Mäusen (Abbildung 4A, C). Als 1 x 107 KBE von S. Aureus unmittelbar nach der Verwundung eingeführt wurde, Neutrophilen Menschenhandel in beide Stämme von Mäusen war gedämpft, aber LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen waren empfindlicher gegenüber S. Aureus -Infektion mit in Bezug auf Neutrophilen Rekrutierung. Infektion verursacht 50 % Rückgang der ersten Neutrophilen Menschenhandel LysM EGFP × MyD88- / - Verletzungen im Vergleich zu einer 15 % Rückgang LysM EGFP Wunden (Abbildung 4 b). LysM EGFP-Mäusen rekrutiert auch deutlich mehr Neutrophilen an der Wunde während der neueren Stadien der Infektion (Abbildung 4A,C) im Vergleich zu LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen, die Neutrophilen vermehren konnten auch in der Vorhandensein von anhaltenden bakteriellen Belastung. Zusammen zeigen diese Daten, dass LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse haben einen Defekt in Neutrophilen Rekrutierung, die im Einklang mit ihrer erhöhten Anfälligkeit für S. Aureus -Infektion.

Figure 1
Abbildung 1: Korrelation zwischen OD600 und KBE zählt für ALC2906. 3-4 ALC2906 SH1000 Kolonien wurden aus einer Nährbodenplatte kommissioniert und in TSB mit 10 µg/mL Chloramphenicol für Übernachtung Kultur übertragen. Am nächsten Tag die Aussetzung wurde TSB mit 10 µg/mL Chloramphenicol 01:50 aufgeteilt und kultiviert. Extinktion bei 600 nm (OD600) in regelmäßigen Abständen nach 2 Stunden mit einem Spektralphotometer gemessen wurde. Bei jeder Messung wurde die Bakterien verdünnt 1: 100.000 in eiskaltem PBS und regelmÄÑig auf einer Nährbodenplatte zur Inkubation über Nacht. KBE wurden gezählt, am nächsten Tag um die Ausgangskonzentration berechnen und in Korrelation zu OD600. N = 3 mit 4 verschiedenen OD600 Messungen pro Experiment. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: repräsentative Region Interessen (ROIs) für die Datenanalyse. In-vivo BLI und in-vivo FLI Signale, groß, analysieren gleichwertige Größe ROIs drehten sich über die Wunde und Gesamtfluss (Photonen pro Sekunde) gemessen. Wundverschluss zu messen, war ein ROI fit an den Rand der Wunde und Umgebung (cm2) gemessen. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3: LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse sind anfälliger für S. Aureus -Infektionen im Vergleich zu LysM EGFP-Mäusen. LysM EGFP und LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse wurden verabreicht eine 6 mm Wunde auf dem Rücken und mit 1 x 107 KBE Biolumineszenz S. Aureus oder sterile Kochsalzlösung infiziert. Tiere wurden täglich überwacht und überleben (A) und (B) Gewicht aufgenommen wurden. Tiere wurden täglich zu messen (C) Wunde Größe und bakterielle Lumineszenz (D) abgebildet. (E) repräsentative Biolumineszenz Bilder werden von infizierten LysM EGFP und LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen dargestellt. Maßstabsleiste = 3 mm. Daten repräsentieren 7-16 Mäuse pro Gruppe a, C, und D und 3 Mäuse pro Gruppe für B und sind als mittlere ±SEM. * p = 0,05, ** p = 0,01, ***p = 0.001, *p < 0,0001 zwischen infiziert (A, B, < / C18 > und D) oder (C) Gruppen nicht infizierten. Statistischer Signifikanz wurde bestimmt mit Mantel-Cox Test (A) und die Holm-Sidak Methode (B-D), mit Alpha = 0,05, und jedes Mal Punkt einzeln analysiert wurde, ohne eine konsequente SD Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4: LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse haben Defekte Neutrophilenzahl Rekrutierung zu infizierten Wunden.
LysM EGFP und LysM EGFP × MyD88- / - Mäuse wurden verabreicht eine 6 mm Wunde auf dem Rücken und mit 1 x 107 KBE Biolumineszenz S. Aureus oder sterile Kochsalzlösung infiziert. Tiere wurden täglich zur Messung der Neutrophilen Inhalt (A, B) abgebildet. (C) repräsentative fluoreszierende Bilder werden von infizierten und nicht infizierten LysM EGFP und LysM EGFP × MyD88- / - Mäusen dargestellt. Maßstabsleiste = Daten repräsentieren 5 mm. 8-16 Mäuse pro Gruppe und werden ausgedrückt als mittlere ±SEM. * p < 0,05, ** p < 0,01 und *** p < 0,001 zwischen infizierten Gruppen und virenfreien # p < 0,01 zwischen Gruppen (A) oder als auf das Diagramm (B) dargestellt. Statistischer Signifikanz wurde anhand der Holm-Sidak-Methode (A), mit Alpha = 0,05, und jedes Mal Punkt wurde einzeln, ohne dass eine konsistente SD und einfache ANOVA (B), analysiert mit der Tukey Multiple-Vergleiche nach dem Test. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

S. Aureus Infektionsmodelle, die Biolumineszenz S. Aureus nutzen Infektion in eine fluoreszierende Neutrophilenzahl Reporter-Maus in Verbindung mit fortgeschrittenen Techniken der ganze Tier in-vivo optische Bildgebung haben unser Wissen über die angeborene fortgeschritten Immunantwort auf eine Infektion. Frühere Studien mit der Maus LysM EGFP haben gezeigt, dass bis zu 1 x 107 Neutrophile Rekruten einer S. Aureus infizierten Wunde in den ersten 24 h Infektion14und Wunde rekrutiert Neutrophilen ihre Halbwertszeit von 1,5 Tagen auf 5 Tage verlängern in Beantwortung einer S. Aureus-infizierten Wunde22. Eine Überlebensstrategie von Mäusen zur Bekämpfung der Infektion angepasst ist zu einer infizierten Wunde aus dem Knochenmark von hämatopoetischen Stammzellen und Vorläuferzellen (HSPC) Menschenhandel wo sie bakterizide EGFP+ Neutrophilen in einem TLR2/MyD88/PGE-2 erschließen abhängig von Art und Weise21. Darüber hinaus bietet extramedulläre Granulopoiesis, dass eine wesentliche Quelle der Neutrophilen S. Aureus zu retten MyD88- / - Mäuse von tödlichen Sepsis13infiziert. Adoptiveltern Übertragung von HSPC aus LysM EGFP-Mäusen in Wildtyp-Mäusen macht es möglich, den Prozess der Neutrophilen Produktion vor Ort und seine Bedeutung bei der Bekämpfung von S. Aureus innerhalb einer Wunde13,21zu untersuchen. Es ist auch möglich, gerade die Zahl der neutrophilen Granulozyten in die Wunde zu kalibrieren; Neutrophilenzahl Anzahl in Wunden korreliert linear mit EGFP Signal von 1 x 106 größer als 1 x 107 Neutrophile und der Nachweisgrenze ist ca. 1 x 106 neutrophilen Granulozyten in ein 6 mm Wunde14.

In unseren repräsentativen Ergebnisse vergleichen wir längs Neutrophilen und S. Aureus Kinetik in die Wunden der LysM EGFP und LysM EGFP × MyD88- / -. Nach unserem Kenntnisstand ist diese erste Studie, die die bakterielle Belastung und Menschenhandel zwischen Wildtyp und immungeschwächte Mäuse längs durch Auflösung der Infektion Neutrophilen vergleicht. Von besonderem Interesse ist der Grad der Neutrophilen Rekrutierung Dämpfung verursacht durch S. Aureus -Infektion in der MyD88- / - Stamm, der eine 15 % Abnahme der Neutrophilen Handel mit Wildtyp-Mäusen im Vergleich zu einem 50 % Rückgang MyD88 entlockte-/ -. S. Aureus ist in der Lage, Immunantwort des Wirtes zu umgehen, indem Sie produzieren eine Reihe von Virulenzfaktoren bekannt, um indirekt Neutrophilenzahl Menschenhandel (d. h., α-Toxin Panton-Valentine Leukozidin und Chemotaxis hemmende Protein23 hemmen , ( 24), und unsere Ergebnisse zeigen, dass MyD88 Signaltechnik, wahrscheinlich durch die IL-1R, TLR2 und TLR4 entscheidend ist für die Strategien von S. Aureus zu Host Immunantwort zu entgehen zu überwinden. Virulenz Faktor-Ko S. Aureus Stämme können in diesem Modell verwendet werden, um ihre Wirkung auf myeloischen Zellen des Drogenhandels13charakterisieren. Weiter, wenn in Verbindung mit der LysM EGFP × MyD88- / - Maus studiert, dieses Modell unterstreicht die Rolle der MyD88 Signalisierung bei der Bekämpfung von pathogenen Wirkungen von Virulenzfaktoren.

Es gibt mehrere wichtige Schritte in diesem Protokoll, das wenn unsachgemäß durchgeführt Variabilität in Studien einführen kann. Die Verwundung und Infektion Verfahren sind einfach im Vergleich zu anderen Mausmodellen Krankheit, aber es ist nicht ohne seine Feinheiten. Haut-Stanzbiopsien sind sehr scharf und können leicht in den Spinotrapezius Muskel unter der Haut geschnitten. Beschädigung dieses Muskels und seine Faszie Neutrophilenzahl Einstellung verändert und erhöht die Variabilität zwischen Mäusen und Ergebnisse in eine weitere invasive S. Aureus -Infektion, die nicht in der Wunde zentriert ist. Mäuse mit erheblichen Schäden an der Spinotrapezius Muskel sollte vom Studium ausgeschlossen werden.

Eine weitere Quelle für Fehler in diesem Modell kommt aus der Veränderung der Biolumineszenz S. Aureus -Stamm im Laufe der Zeit, die in-vivo BLI Signale und Wachstum Kinetik verändern können. Die ALC2906 Belastung enthält ein Shuttle-Plasmid, das modifizierte Lux Operon von Photorhabdus Luminescens Konstrukt enthält, die erforderlich ist, um die Biolumineszenz Signale zu produzieren, die von S. Aureus -Bakterien verworfen werden können über Zeit25. In einer Brühe Kultur ohne Auswahl produziert 97 % der SH1000 Kolonien Biolumineszenz Signale am 3. Tag. Diese Frequenz fiel am 5. Tag auf 53 % und 21 % am Tag 10-26. So, zu späteren Zeitpunkten während der ansteckenden Kurs, der in-vivo BLI-Signale werden voraussichtlich beginnen zu leicht (< 1 Log Unterschied) unterschätzen die tatsächliche in Vivo bakterielle Belastung. Es ist wichtig, sich frische Glycerin Bestände von S. Aureus mit Antibiotika Auswahl weiterhin das Plasmid bei der Ankunft und ersetzen arbeiten Bestände von Bakterien häufig einfrieren (d. h., alle drei Monate) kann verhindern, dass der Verlust der Biolumineszenz Konstrukt Kultur Wartungsarbeiten. Neuere Biolumineszenz S. Aureus -Stämme enthalten eine stabil integrierte Biolumineszenz Konstrukt27,28 und sind wahrscheinlich eine Verbesserung gegenüber dem ALC2906-Stamm in diesem Modell verwendeten.

Während dieses Modell nützlich ist, um lokalisierte dermal S. Aureus studieren Infektionen, es hat Grenzen. Die in-vivo BLI-Signale der bakteriellen Belastung beschränkt sich auf die Wunde und angrenzende Haut. Das Modell liefert keine zuverlässige Anzeige für tief invasiven Infektionen wie Sepsis, und Tiere müssen eingeschläfert werden, zur Messung der Verbreitung von Bakterien in die Blutbahn oder Nieren13. Neuere und bessere technische Biolumineszenz Stämme erzeugt wurden die Erkennung von in-vivo BLI Signale können von inneren Organen27,28zulassen. Darüber hinaus längs Erkennung und Überwachung von Neutrophilen Menschenhandel nicht messbar in anderen allgemein erworben S. Aureus Infektionen, einschließlich der Atemwege und Blut-Infektionen. Reduzierte Empfindlichkeit durch Gewebe Autofluoreszenz ist auch eine Einschränkung dieses Modells. Die neu entwickelte Catchup Maus nutzt eine TdTomato RFP unter der Ly6G-Veranstalter und haben ein höheres Signal Rauschabstand als die LysM EGFP Maus vermindert Gewebe Auto-Fluoreszenz in der RFP Kanal11.

Die potenziellen Übersprechen zwischen in-vivo BLI und FLI Emission Signale in diesem Modell ist würdig von Diskussion aber vernachlässigbar. Wenn wir ohne leichte Erregung Experimente und in-vivo FLI EGFP Signale mit dem 520/20 Filter nur zu sammeln, beobachten wir nicht keine nennenswerten Signale von infizierten Mäusen zeigen, dass erfassten Signale von in-vivo FLI EGFP Signale und nicht von Überlappung von in-vivo BLI Signale der Bakterien (Daten nicht gezeigt). Dies ist in erster Linie auf die Abholzeit Signal, das nur 1 Sekunde für in-vivo FLI und 1 Minute für in-vivo BLI und eine bestimmte Erregung Wellenlänge Filter 465/30 nm und Emission Filter von 520/20 nm. Diese Einstellungen ermöglichen optimale Erkennung von in-vivo FLI EGFP-Signalen ohne Beitrag von in-vivo BLI Signale. Das beweist am besten vergleicht man die Größenordnung der y-Achse zwischen Abbildung 3D und Abbildung 4A. Die Signale aus der in-vivo BLI ist etwa 100fach weniger als die in-vivo FLI EGFP Signale, darauf hinweist, dass die in-vivo BLI-Signale vernachlässigbar sind und dazu, weniger als 1 % der Signale von in-vivo FLI beobachtet werden beitragen.

Wir erwarten zukünftige Anwendungen dieses Modells hilft Forscher entdecken und charakterisieren S. Aureus Virulenzfaktoren und dienen als eine der präklinischen Tiermodell testen neuen Therapeutika, die darauf abzielen, klar S. Aureus -Infektion durch die Steigerung der angeborene Immunantwort.

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Disclosures

Lloyd S. Miller erhielt Zuschüsse von MedImmune, Pfizer, Regeneron, Chan Soon-Shiong Nanthealth Stiftung und Beratungskosten von Noveome Biotherapeutics und Chan Soon-Shiong Nanthealth Stiftung, die nicht im Zusammenhang mit der Arbeit gemeldet sind in diesem Papier. Die anderen Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde unterstützt durch nationale Institute der Gesundheit Stipendien R01 AI129302 (zu S.I.S.) und das Trainingsprogramm in der Pharmakologie: von Bench to Bedside an der UC Davis (NIH T32 GM099608, L.S.A). Molecular and Genomic Imaging (CMGI) an der University of California Davis hat hervorragende technologische unterstützt.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
14 mL Polypropylene Round-Bottom Tube Falcon 352059
6 mm Disposable Biopsy Punch Integra Miltex 33-36
Bioluminescent S. aureus Lloyd Miller, Johns Hopkins  ALC 2906 SH1000
Bovine Blood Agar, 5%, Hardy Diagnostics VWR 10118-938
Buprenoprhine hydrochloride injectable Western Medical Supply 7292 0.3 mg/mL
C57BL/6J Mice Jackson Labratory 000664
Chloramphenicol (crystalline powder) Fisher BioReagents BP904-100
DPBS (1x) Gibco  14190-144
Insulin Syringes Becton, Dickson and Company 329461 0.35 mm (28 G) x 12.7 mm (1/2'')
IVIS Spectrum In Vivo Imaging System Perkin Elmer 124262
Living Image Software – IVIS Spectrum Series Perkin Elmer 128113
LysM-eGFP Mice Thomas Graff Albert Einstein College of New York  NA
Microvolume Spectrophotometer ThermoFisher Scientific ND-2000
MyD88 KO Mice Jackson Labratory 009088
Non-woven sponges AMD- Ritmed Inc A2101-CH 5 cm x 5 cm
Povidone Iodine 10% Solution Aplicare 697731
Prism 7.0 GraphPad Software License 
Tryptic Soy Broth Becton, Dickson and Company 211825

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Immunologie und Infektion Ausgabe 144 Staphylococcus Aureus angeborenen Immunität Neutrophile Wundheilung Entzündung ganzes Tier Bildgebung
Ein Mausmodell zu beurteilen, angeborene Immunantwort auf <em>Staphylococcus Aureus</em> -Infektion
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Anderson, L. S., Reynolds, M. B.,… More

Anderson, L. S., Reynolds, M. B., Rivara, K. R., Miller, L. S., Simon, S. I. A Mouse Model to Assess Innate Immune Response to Staphylococcus aureus Infection. J. Vis. Exp. (144), e59015, doi:10.3791/59015 (2019).

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