Burada, maruziyet benzeri koşulları yansıtmak için bir fare kulağında düşük dozda Mycobacterium avium'un intradermal inokülasyonunu gerçekleştirmek için bir protokol sunuyoruz.
Yöntem makalesi
Burada, maruziyet benzeri koşulları yansıtmak için bir fare kulağında düşük dozda Mycobacterium avium'un intradermal inokülasyonunu gerçekleştirmek için bir protokol sunuyoruz.
Doğal tüberküloz dışı mikobakteriyel (NTM) maruziyetlerin veya patolojisi yavaş çoğalan bir organizma üzerine kurulu enfeksiyonların aksine, bir fare modelindeki aerosol enfeksiyonu, akciğerlerde bakteri üremesinin artmasına neden olabilir. Kronik aerosol ve sistemik enfeksiyonlar, önceki bir maruziyeti de yansıtabilen anti-mikobakteriyel ilaçlarla tedavi edilebilir, ancak bu prosedürler uzundur ve doğal maruziyetleri daha az temsil eder. Bu protokolün amacı, daha translasyonel olan NTM maruziyeti benzeri koşulların daha az invaziv bir fare modelini geliştirmektir. Burada, bir maruziyeti taklit etmek ve belirgin bir hastalık olmaksızın bakterilere karşı bağışıklık tepkilerini sağlamak için Mycobacterium avium (M. avium) kullanarak kulak dokusu yoluyla klinik öncesi farelere intradermal olarak meydan okumak için bir yöntem açıklıyoruz. Bu makalede, intradermal kulak enjeksiyon yöntemini açıklıyoruz ve bu in vivo modelde immün yanıtları sorgulamak için daha fazla fırsat sağlayan sürekli ve kapalı mikobakteriyel enfeksiyonun varlığını doğruluyoruz.
Tüberküloz dışı mikobakteriler (NTM), genellikle tedavi edilmesi zor olan bir patojenik bakteri alt kümesini içeren genişleyen bir tür listesidir 1,2. NTM, toprak, su ve su aerosolleri 3,4,5 gibi çevresel kaynaklarda bulunabilir. NTM enfeksiyonlarının arttığını gösteren bildirilen eğilimlere rağmen, bir grup olarak, bunlar ABD genelinde 20'den az eyalette rutin olarak rapor edilmektedir6,7. Kistik fibrozlu kişiler veya immünosupresif ilaç kullanan kişiler de dahil olmak üzere spesifik komorbiditeleri olan bireyler, patojenik NTM türleri2 ile üretken enfeksiyon riski altındadır. Bununla birlikte, sağlıklı bireylerin, sağlam veya kronik enfeksiyonlara yol açmadan çevresel kaynaklar yoluyla NTM'ye tekrar tekrar ve sürekli maruz kaldıkları varsayılmaktadır. NTM maruziyetinin aşılarda8 mikobakteriyel antijenlere karşı genel bağışıklık tepkisini, diğer mikobakterilere maruz kaldıktan sonraki sonuçları ve tanı testlerini9 'önkoşullandırabileceğine' dair bazı kanıtlar vardır, ancak bugüne kadar bu tür maruziyetin klinik öncesi modellemesi zor olmuştur.
Kronik akciğer enfeksiyonları10 ve patojene özgü aşı etkinliği çalışmaları için kullanılan tedaviler, nispeten zararsız çevresel maruziyetleri ve muhtemelen farklı sonuçta ortaya çıkan bağışıklık tepkilerini temsil etmemektedir. Örneğin kronik enfeksiyonlar, ciddi şekilde hasar görmüş dokuya ve yaygın hastalığa neden olabilir10. Henao-Tamayo laboratuvarı11'den içme suyu yoluyla NTM'ye maruz kalma sağlayan bir fare modeli de dahil olmak üzere, bu maruziyete karşı bağışıklık tepkisinin daha uzun süre sorgulandığı bu araştırma boşluğunu ele almak için son zamanlarda bir ivme kazanılmıştır. Gizli tüberküloz (TB), preklinik hayvanlarda modellenmesi zor olan mikobakteriyel enfeksiyonun başka bir hastalık durumudur. Kaufmann laboratuvarı, gizli TB enfeksiyonunu taklit etmek, reaktivasyon ve hipoksik granülomların mekanizmalarını karakterize etmek için C57BL / 612 ve NOS2-/-13 farelerinde M. tuberculosis ile intradermal kulak enfeksiyonlarına öncülük etti. Nemeth ve ark. M. tuberculosis'e daha önce maruz kalmayı taklit etmek için içerilen intradermal kulak modelinden yararlandı ve bunun sonraki zorluk sonuçlarını nasıl etkilediğini belirlemek için farklı bağışıklık tepkilerini karakterize etti14. İntradermal kulak modeli, M. tuberculosis suşları H37Rv ve Erdman'ın 104 koloni oluşturan birimi (CFU) kullanılarak başarılı bir şekilde rapor edilmiştir, ancak bugüne kadar NTM izolatları kullanılarak test edilmemiştir.
Bu yöntemin genel amacı, maruziyete karşı bağışıklık tepkisi ile ilgili olarak daha fazla incelenebilecek, diğer meydan okuma yollarının neden olduğu hastalığı sınırlayan, tekrarlanabilir bir NTM kulak meydan okuma modeli oluşturmaktır. Duyarlı C57BL / 6 farelerini içme suyunda yüksek dozda M. avium'a maruz bırakmak, maruziyetlerden daha fazla enfeksiyon benzeri koşullara neden olur11. Bu nedenle, bu tekniği geliştirmenin mantığı, M. tuberculosis'in nispeten daha yüksek bir meydan okuma dozu ile kulak dermisine meydan okuyan bir organizma olarak kullanılmasının önceki başarısını içerir 12,13,14. Burada, modelin daha önce bildirilen bakteri konsantrasyonunun yarısıolan 12,13,14 (10 2 CFU) bir M. avium izolatı için başarılı bir şekilde uyarlanıp uyarlanamayacağını değerlendirmeyi amaçladık. Enfeksiyon değil, NTM'ye maruz kalma konusunda yeni modellerin geliştirilmesinin, sağlık ve gelecekteki enfeksiyon / aşılama dinamikleri üzerindeki bu etki hakkında öne çıkan biyolojik soruların ele alınmasına yardımcı olacağını umuyoruz.
Dişi C57BL / 6, 6-7 haftalıkken bir araştırma modeli tedarik laboratuvarından satın alındı. Fareler, Seattle Çocuk Araştırma Enstitüsü (SCRI) biyogüvenlik seviye 2 (BSL-2) hayvan tesisinde patojen içermeyen koşullar altında barındırıldı ve SCRI Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi (IACUC) tarafından onaylanan deneysel protokollere uygun olarak ele alındı. Tüm yöntemler, hayvan refahı ile ilgili yönergelere ve düzenlemelere uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Enstitü, USDA Sertifikası #91-R-0061 ve PHS Güvencesi #A4337-01 altında faaliyet göstermektedir. Çalışmada kullanılan reaktiflerin ve ekipmanların detayları Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. Aşılama için bakteri stoklarının hazırlanması
2. Hayvanların hazırlanması ve uyuşturulması
3. Aşılama platformu ve materyallerinin hazırlanması
4. Kulak dermisi aşılaması
5. Bakteri yükü değerlendirmesi
Kulak dermisini bir enfeksiyon veya maruz kalma yolu olarak kullanan tekrarlanabilir bir NTM zorluk modelinin oluşturulup oluşturulamayacağını belirlemek için yukarıda ayrıntıları verilen protokolü kullandık. Kulaklar, meydan okuma sonrası 28 Günlük zaman noktasında iki hayvandan toplandı, homojenize edildi ve mikobakteri seçici 7H10 ortamında tarif edildiği gibi kaplandı. M. avium'un intradermal olarak zorlanan kulaklarda 28 güne kadar devam ettiğini ve itiraz edilmeyen kulakta M. avium yokluğu olduğunu gözlemledik (Şekil 2).
Enfeksiyondan 28 gün sonra rakipsiz kulağa yayılma gözlemlemezken, gizli TB modellemesi için bu kulak dermisi modelini kullanan diğerleri, diğer distal organ bölgelerine yayılmayı gözlemledi14. Daha düşük bir meydan okuma dozunun ve M. avium izolatının kullanılmasının, kronik enfeksiyona karşı maruziyeti daha iyi yansıtabilecek daha sonraki zaman noktalarına yayılmayı azaltabileceğini varsaydık. Bu nedenle, enfeksiyondan 28, 56, 90 ve 132 gün sonra n = 5 M. avium meydan okuyan farelerden oluşan kohortlarda ötenazi yapıldı. Aşağıdaki organlar, kulak dokuları için tarif edilenle aynı protokolle homojenize edildi: akciğer, dalak, drenaj lenf nodu (DLN) ve beyin. Bu zorluk yolu, zaman içinde sporadik bir yayılma ile sonuçlandı, burada hayvanların yarısından daha azı enfeksiyondan 56 veya 90 gün sonra test edilen organlarda sayılabilir CFU gösterdi (Tablo 1). Meydan okumadan 132 gün sonra, tüm farelerin dalaklarında tespit edilebilir M. avium vardı (n = 5/5 hayvan değerlendirildi), ancak bu zaman noktasına kadar diğer organlarda minimal (DLN'de n = 1/5) veya hiç (akciğerlerde veya beyinde n = 0/5) bakteri barındırıyor gibi görünüyordu (Tablo 1).

Şekil 1: Eğimli tarafı yukarı bakacak şekilde bir iğnenin yönü. İğnenin yerleştirilmesinden önce, aşılamayı düzgün bir şekilde uygulamak için eğim tarafı yukarı bakmalıdır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Meydan okumadan 28 gün sonra M. avium tarafından kulak dokusu kolonizasyonu. Dişi C57BL / 6 fareler, 102 CFU Mycobacterium avium ile kulakta zorlandı. Meydan okunan kulak (+), 28 günde, her hayvan farklı bir renk ve sembolde olmak üzere, gösterilen tek bir deneyden n = 2 bireysel hayvan, rakipsiz kulak (-) ile karşılaştırıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| Zaman (gün) | Organ Kütüğü10 CFU | |||
| Akciğer | Dalak | DLN (İngilizce) | Beyin | |
| 28 | 3.08, ND, ND, ND, ND | 2.81, ND, ND, ND, ND | ND, ND, ND, ND, ND | 0.78, 0.90, ND, ND, ND |
| 56 | 2.30, ND, ND, ND, ND | 1.53, 3.43, ND, ND, ND | 2.78, ND, ND, ND, ND | 1.20, ND, ND, ND, ND |
| 90 | ND, ND, ND, ND, ND | 0.60, 3.35, 3.26, ND, ND | ND, ND, ND, ND, ND | 0.60, ND, ND, ND, ND |
| 132 | ND, ND, ND, ND, ND | 4.03, 3.58, 3.58, 4.03, 3.69 | 2.41, ND, ND, ND, ND | ND, ND, ND, ND, ND |
| DLN = drenaj lenf nodu, ND = tespit edilmedi | ||||
Tablo 1: M. avium'un meydan okuma sonrası zamanla kulaktan yayılması. Akciğerler, dalak, drenaj lenf nodu (DLN) ve beyin, meydan okuma sonrası zaman noktası başına n = 5 fareden toplandı. Homojenize dokular kaplandı ve bakteri üremesi açısından değerlendirildi. Organ CFU, bakterilerin sayıldığı ve tespit edilmediği (ND) log10 dönüştürülmüş değerler olarak sunuldu, burada herhangi bir konsantrasyonda CFU gözlenmedi. Zaman seyri verileri bir deneyin temsilcisidir.
Burada, içerilen bir intradermal kulak modelinde mikobakterilerle farelere nasıl tekrarlanabilir şekilde meydan okunacağını gösterdik. Bu prosedürü uygularken sterilite önlemlerine uymak ve iğne batması yaralanmalarını önlemek hayati önem taşır. Bu aşılama yöntemiyle, dermis boşluğunun hedeflendiğinden ve kulaktan tamamen delinmediğinden emin olmak için uygun bir kurulum istasyonuna ve iyi bir aydınlatmaya sahip olmak çok önemlidir. Böyle bir durumda, çalışmaya bağlı olarak, diğer kulakta ikinci bir deneme yapılabilir. Aynı fare içindeki tedavi edilmemiş kulaklar da fare başına kontrol olarak kullanılabilir. Bu yöntem, minimum ekipman veya zaman ihtiyacı olan araştırmacılar için erişilebilir olmalıdır. Fareleri ve eğitimi için zaman ayırmak, protokolün aşılama başarı oranına yardımcı olur. Bu teknikteki en yaygın hatalar, şırınga ile intradermal boşluğa girmemek (ve kulaktan delmek) veya şırıngaya çok hızlı bir şekilde bastırmaktır, bu da iğnenin intradermal boşluktan tutarsız bir şekilde verilmesine veya kaymasına neden olur. İyi aydınlatma ve büyütme, aşılama için iğnenin uygun şekilde konumlandırılmasına yardımcı olabilir.
NTM'nin 'maruz kalma benzeri' koşulları için metodolojiden yararlanıyoruz. M. avium'un büyük çoğunluğu kulak veya DLN içinde bulunur. Bununla birlikte, bu metodolojinin bir sınırlaması, meydan okumadan 132 gün sonra değerlendirilen tüm hayvanlarda sistemik organlara, yani dalağa yayılmanın gözlenmesidir. Bir titrasyon çalışması ile gerçekleştirilebilecek yayılma miktarını veya sıklığını azaltabilecek bir bakteri aşılama eşiği olabilir. Bu prosedür, araştırma sorusuna bağlı olarak hem organizmayı, örneğin diğer NTM türlerini hem de verilen dozu değiştirmek için uygundur.
İnsan davranışı (uygun içme suyu arıtımının olmaması, kirlilik, sigara kullanımı),15 yaş ve diğer komorbiditeler nedeniyle sağlığı bozulan insan sayısının artması, uygun tanı testlerinin yapılmaması ve iklim değişikliği16 NTM enfeksiyonlarının artan oranlarında rol oynayabilir ve bu eğilimin yakın gelecekte artması muhtemeldir. Farelerde içme suyu11 yoluyla mukozal iletim veya NTM ile intradermal içerimli kulak enfeksiyonları gibi modellerin, bu artan maruziyetin sonraki aşılama ve aşı etkinliği üzerinde ne gibi bir etkisi olacağını belirleme fırsatı sağladığını öneriyoruz. Her ne kadar bu kapalı kulak modeli metodolojisini M. avium için uyarlamış olsak da, bunun diğer NTM türleri için bir maruz kalma tekniği olarak başarılı bir şekilde kullanılabileceğini öneriyoruz.
Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.
Yazarlar, bu çalışma boyunca hayvanlara gösterdikleri olağanüstü özen için kendini işine adamış vivaryum personeline minnettarlıklarını ifade etmektedir. Yazarlar ayrıca, bu çalışmada kullanılan M. avium türünü paylaştığı için Colorado Eyalet Üniversitesi'ndeki Henao-Tamayo Laboratuvarı'na teşekkür etmek isterler. Yazarlar, Seattle Çocuk Araştırma Enstitüsü'ndeki Aderem ve Urdahl laboratuvarlarının üyelerine orijinal metodoloji eğitimi için teşekkür eder. Bu proje, Ulusal Alerji ve Bulaşıcı Hastalıklar Enstitüsü, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Sağlık ve İnsan Hizmetleri Departmanı'ndan federal fonlarla tamamen veya kısmen finanse edilmiştir, Sözleşme No. 75N93021C00029 (RNC'ye) ve Hibeler R01AI125160 ve R01AI183642 (RNC ve SLB'ye).
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| % 0.05 Tween80 | Sigma | P6224 | |
| 1 mL şırınga | Fisher | 15-823-434 | |
| 7H10 agar triplate | Moltox | 21-40S234 | |
| 26G künt iğne | Fisher | NC0981254 | |
| Biyogüvenlik kabini | Nuaire | NU-543-400 | |
| CO2 inkübatör | Fisher Scientific | 15-103-0513 | |
| Çift taraflı bant | Scotch | 3136 | |
| Hamilton 701N mikrolitre şırınga | Fisher | 14-824-16 | |
| Sert doku omni uçları | Fisher | 15-340-102 | |
| Isıtma yastığı | Kent Scientific | HTP-1500 | |
| İnsülin iğnesi | Fisher | NC1551333 | |
| Ketamin | Patterson Veteriner | 07-890-8598 | |
| Işıklı büyüteç | Brightech | B07MMZ27QK | |
| PBS | ThermoFisher | 10010072 | |
| Doku homojenizatörü | Omni | TH115 | |
| Doku homojenizatör standı | Omni | S1000 | |
| Ksilazin | Patterson Veteriner | 07-808-1947 |