-1::1
Simple Hit Counter
Skip to content

Products

Solutions

×
×
Sign In

TR

EN - EnglishCN - 简体中文DE - DeutschES - EspañolKR - 한국어IT - ItalianoFR - FrançaisPT - Português do BrasilPL - PolskiHE - עִבְרִיתRU - РусскийJA - 日本語TR - TürkçeAR - العربية
Sign In Start Free Trial

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

Behavior
Biochemistry
Bioengineering
Biology
Cancer Research
Chemistry
Developmental Biology
View All
JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

Biological Techniques
Biology
Cancer Research
Immunology
Neuroscience
Microbiology
JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduate courses

Analytical Chemistry
Anatomy and Physiology
Biology
Calculus
Cell Biology
Chemistry
Civil Engineering
Electrical Engineering
View All
JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

Advanced Biology
Basic Biology
Chemistry
View All
JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

Biology
Chemistry

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

Accounting
Finance
Macroeconomics
Marketing
Microeconomics

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Authors

Teaching Faculty

Librarians

K12 Schools

Biopharma

Products

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduates

JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Solutions

Authors
Teaching Faculty
Librarians
K12 Schools
Biopharma

Language

tr_TR

EN

English

CN

简体中文

DE

Deutsch

ES

Español

KR

한국어

IT

Italiano

FR

Français

PT

Português do Brasil

PL

Polski

HE

עִבְרִית

RU

Русский

JA

日本語

TR

Türkçe

AR

العربية

    Menu

    JoVE Journal

    Behavior

    Biochemistry

    Bioengineering

    Biology

    Cancer Research

    Chemistry

    Developmental Biology

    Engineering

    Environment

    Genetics

    Immunology and Infection

    Medicine

    Neuroscience

    Menu

    JoVE Encyclopedia of Experiments

    Biological Techniques

    Biology

    Cancer Research

    Immunology

    Neuroscience

    Microbiology

    Menu

    JoVE Core

    Analytical Chemistry

    Anatomy and Physiology

    Biology

    Calculus

    Cell Biology

    Chemistry

    Civil Engineering

    Electrical Engineering

    Introduction to Psychology

    Mechanical Engineering

    Medical-Surgical Nursing

    View All

    Menu

    JoVE Science Education

    Advanced Biology

    Basic Biology

    Chemistry

    Clinical Skills

    Engineering

    Environmental Sciences

    Physics

    Psychology

    View All

    Menu

    JoVE Lab Manual

    Biology

    Chemistry

    Menu

    JoVE Business

    Accounting

    Finance

    Macroeconomics

    Marketing

    Microeconomics

Start Free Trial
Loading...
Home
JoVE Journal
Immunology and Infection
Farelerde İmplantla İlişkili Enfeksiyonların Hayvan Modeli

Research Article

Farelerde İmplantla İlişkili Enfeksiyonların Hayvan Modeli

DOI: 10.3791/68041

June 27, 2025

Jiawei Mei*1, Quan Liu*1, Xianli Hu*1, Wenzhi Wang*1, Ruixiang Ma*1, Wanbo Zhu1, Chen Zhu1, Zheng Su1

1Department of Orthopedics, Centre for Leading Medicine and Advanced Technologies of IHM, The First Affiliated Hospital of USTC, Division of Life Sciences and Medicine,University of Science and Technology of China

Cite Watch Download PDF Download Material list
AI Banner

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

In This Article

Summary Abstract Introduction Protocol Representative Results Discussion Disclosures Acknowledgements Materials References Reprints and Permissions

Erratum Notice

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Retraction Notice

The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice

Summary

Mevcut protokol, implant ile ilişkili enfeksiyonları araştırmak için subkutan dorsal implantasyon kullanan, patofizyolojik mekanizmaların kapsamlı bir şekilde araştırılmasını sağlayan ve hedefe yönelik terapötik stratejilerle tanı kriterlerinin geliştirilmesini destekleyen bir fare modelini tanımlamaktadır.

Abstract

İmplantla ilişkili enfeksiyonlar, patojenik mikroorganizmalar eklem replasmanları, kateterler veya kalp pilleri gibi tıbbi implantların bölgesine sızdığında ortaya çıktıkları için önemli bir klinik zorluğu temsil eder. Bu enfeksiyonlar, implant başarısızlığı, uzun süreli hastanede kalış ve ek cerrahi müdahalelere ihtiyaç duyulması gibi ciddi komplikasyonlara yol açabilir. Bu kritik sorunları araştırmak için fare modelleri, implantla ilişkili enfeksiyonları incelemek ve bakteriyel biyofilmlere karşı terapötik stratejileri değerlendirmek için paha biçilmez bir platform sağlar ve enfekte implantlardan etkilenen hastalar için klinik sonuçları nihai olarak iyileştirebilecek içgörüler sağlar. Bu çalışmalarda yaygın olarak kullanılan malzemeler, klinik uygulamada kullanılanları yakından taklit eden titanyum, polietilen ve paslanmaz çeliği içerir. Deneysel tasarım genellikle, eklem veya cilt ile ilgili enfeksiyonları simüle etmek için genellikle deri altından gerçekleştirilen cihazı implante etmek için cerrahi bir prosedürü içerir. İmplantasyonu takiben, Staphylococcus aureus veya Escherichia coli gibi biyofilm oluşturan bir bakteri suşu, enfeksiyonu başlatmak için bölgede aşılanır ve böylece insan enfeksiyonlarının patofizyolojisini yansıtan bir model oluşturulur. Araştırmacılar, hem sistemik hem de lokalize uygulama yöntemlerini kullanarak, çeşitli antibiyotik rejimlerinin yerleşik biyofilm enfeksiyonlarına karşı etkinliğini titizlikle değerlendirdiler. Araştırmalar, yeni antimikrobiyal ajanlar, biyofilm bozucu bileşikler ve konak immün yanıtını artırmayı amaçlayan yenilikçi terapötik yaklaşımlar üzerine odaklanmıştır. Etkinlik değerlendirmesi, tedavi sonrası biyofilm kalınlığı ve yoğunluğundaki azalmaların değerlendirilmesinin yanı sıra implant ve çevresindeki doku üzerindeki bakteri yüklerinin ölçülmesini kapsar. Şişlik ve ağrıdaki değişiklikler de dahil olmak üzere klinik semptomatoloji, terapötik başarının ek bir göstergesi olarak hizmet eder. Ayrıca, murin denekler arasındaki genel sağkalım ve morbidite oranları, değerlendirilen tedavilerin güvenliği ve etkinliği hakkında kritik bilgiler sağlar. Tüm çalışmaların titiz etik yönergelere uyması ve gerekli kurumsal onayları alması zorunludur, bu da bulguların farklı laboratuvarlar arasında güvenilir bir şekilde tekrarlanabilmesini sağlar. Bu metodolojik titizlik, sonuçları doğrulamak ve implantla ilişkili enfeksiyonlar için etkili tedaviler hakkındaki anlayışımızı ilerletmek için gereklidir.

Introduction

İmplantla ilişkili enfeksiyonların hayvan modelleri, temel araştırma ve klinik uygulamalar arasında köprü kuran temel araçlardır 1,2. Bu bulgular bilimsel araştırmalar için pratik destek sağlar ve yeni terapötik ve tanısal yaklaşımların geliştirilmesini ve iyileştirilmesini kolaylaştırır, sonuçta hasta sonuçlarını ve yaşam kalitesini iyileştirir 3,4,5,6. Bu modeller, implantla ilişkili enfeksiyonlarla ilişkili patofizyolojik değişikliklerin anlaşılmasına yardımcı olan uzun süreli gözlem için bir platform sunar 7,8. Örneğin, enfeksiyonun çevre dokular ve kemikler üzerindeki etkilerini gözlemleyerek, araştırmacılar enfeksiyonların doku hasarına, osteolize ve diğer komplikasyonlara nasıl yol açtığını açıklayabilir ve böylece klinik tedavi stratejilerindeki gelişmelere rehberlik edebilir.

Başarılı hayvan modeli çalışmaları, klinik araştırmalar için temel veriler sağlar ve terapötik stratejilerin optimize edilmesine yardımcı olur 9,10. Bu deneyler sayesinde araştırmacılar, klinik araştırmaları bilgilendirebilecek en etkili dozu, tedavi süresini ve uygulama yolunu belirleyebilir11,12. Ek olarak, hayvan modelleri, insan denemelerine geçmeden önce gerekli ayarlamaların yapılmasına izin vererek, tedavi sınırlamalarının değerlendirilmesine olanak tanır. Cihazla ilişkili enfeksiyonlar olarak da adlandırılan implantla ilişkili enfeksiyonların hayvan modelleri, bu enfeksiyonlar için mekanizmaların, tespit yöntemlerinin ve tedavi yaklaşımlarının incelenmesinde paha biçilmezdir13,14. İmplant enfeksiyonları sıklıkla eklem replasmanları veya kırık fiksasyonları gibi cihazların yaygın olarak kullanıldığı ortopedi ve diş hekimliği gibi alanlarda ortaya çıkar 15,16,17,18. İmplantların varlığı nedeniyle, enfeksiyonların ortadan kaldırılması zordur ve sıklıkla kronik iltihaplanma ve doku hasarına yol açar, potansiyel olarak hastanın iyileşmesini engeller ve daha ileri tedavi için implantın çıkarılmasını gerektirir.

Hayvan modellerinin oluşturulmasının amacı, kontrollü koşullar altında implantla ilişkili enfeksiyonların oluşumunu ve ilerlemesini simüle etmek, patofizyolojik süreçlerin derinlemesine araştırılmasına, yeni tanı yöntemlerinin geliştirilmesine ve potansiyel terapötik stratejilerin değerlendirilmesine olanak sağlamaktır 19,20,21,22,23. İdeal bir hayvan modeli, deneylerde tutarlı bir tekrarlanabilirlik ile insan enfeksiyonlarında gözlenen patolojik özellikleri ve bağışıklık tepkilerini yakından taklit etmelidir 24,25,26. Yaygın olarak kullanılan hayvanlar arasında sıçanlar, fareler ve tavşanlar bulunur ve her model implant tipi seçimi, bakteri suşları ve enfeksiyon yöntemleri gibi belirli araştırma hedeflerine göre uyarlanır. Bu modellerle araştırmacılar, implant üzerinde biyofilm oluşumu da dahil olmak üzere enfeksiyon yayılımını, bağışıklık tepkilerini ve patojen kolonizasyon davranışlarını izleyebilir 11,23,27. Ayrıca, bu modeller antibiyotikler, antimikrobiyal kaplamalar ve fotodinamik tedavi gibi antimikrobiyal tedavilerin enfeksiyonu kontrol etmedeki etkinliğini test etmede etkilidir 4,12,28. Hayvan modellerinde yeni tanı yöntemlerinin ve görüntüleme teknolojilerinin uygulanması, klinik ortamlarda implantla ilişkili enfeksiyonların erken teşhisi ve etkili yönetimi için potansiyeli de artırmaktadır.

Uzun vadeli hedef, insanlarda implantla ilişkili enfeksiyonların fiziksel ve fizyolojik mikro ortamlarını doğru bir şekilde kopyalayan bir hayvan modeli oluşturmaktır. Bu çaba yüksek karmaşıklık, önemli maliyetler ve devam eden zorluklar içermesine rağmen, implantla ilişkili enfeksiyonlar için oldukça gerçekçi bir hayvan modelinin geliştirilmesi, terapötik ajanlar ve stratejiler için kritik bir erken aşama test platformu sağlar. Bu çalışmada, fare implantı ilişkili enfeksiyon modeli ve fare subkutan enfeksiyon modeli oluşturulmuştur. İlgili göstergeleri karşılaştırarak, hayvan modeli ile klinik periprostetik enfeksiyonlar arasındaki eşleşme derecesi araştırıldı.

Protocol

Tüm hayvan deney prosedürleri, Hefei Kapsamlı Ulusal Bilim Merkezi, Sağlık ve Tıp Enstitüsü Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanmıştır (onay numarası: IHM-AP-2024-080). Kullanılan tüm fareler, 6 haftalık, vücut ağırlıkları 20-30 g olan, spesifik patojen içermeyen (SPF) dereceli erkek C57BL / 6J farelerdi. Ortam, 12 saatlik aydınlık/karanlık döngüsü altında %50-60 bağıl nem ile 22-26 °C'de tutuldu (Işık: 07:00-19:00; Karanlık: 19:00-07:00). Bu çalışmada kullanılan reaktiflerin ve ekipmanın ayrıntıları Malzeme Tablosunda listelenmiştir.

1. Deri altı implant biyofilm enfeksiyonu için bakteri hazırlığı

  1. -80 °C stok tüpünden bir döngü (10 μL) Staphylococcus aureus (S. aureus, ATCC 43300) kültürünü çıkarın. Çizgi plakası tekniğini kullanarak süspansiyonu bir kan agar plakasına sürün. 37 °C'de aerobik koşullar altında çalkalamadan 24 saat inkübe edin.
    NOT: Başlangıç ve terminal sektörlerin birleşimsiz kalması koşuluyla, üç sektörlü veya dört sektörlü çizgi plakası yöntemlerine izin verilir. Sektörler arası çizgi, yeni bir aşılama döngüsünün kullanılmasını gerektirir. Düzgün mikrobiyal dağılımı kolaylaştırmak için paralel, eşit uzaklıkta çizgiler uygulanmalıdır. Çapraz kontaminasyonu önlemek için aseptik protokollere sıkı sıkıya bağlı kalmak zorunludur.
  2. Tipik S. aureus kolonilerinin morfolojisini ve berrak hemolitik bölgelerin varlığını inceleyin.
    NOT: Tipik koloni morfolojisi, altın sarısı pigmentasyon, yuvarlak bir şekil ve pürüzsüz bir yüzey içerir. β-hemoliz için en az 2 mm çapında net bir bölge pozitif kabul edilir.
  3. S. aureus kimliğini doğrulamak için Gram boyama ve mikrobiyal kütle spektrometresi analizi yapın.
    NOT: Gerinim tanımlaması, belirlenmiş seçim kriterleri kullanılarak araştırmacılar tarafından yapılmalıdır.
  4. Bağımsız bir tipik koloni seçin (adım 1.2'de açıklandığı gibi). 5 mL steril triptik soya suyu (TSB) içeren 15 mL'lik steril bir santrifüj tüpüne aşılayın. 37 °C'de 12 saat inkübe edin ve 200 rpm'de çalkalayın.
  5. Bakteriyel süspansiyonu adım 1.4'ten itibaren TSB ile 1:50 oranında seyreltin. 200 rpm'de çalkalanarak 37 °C'de inkübe edin.
  6. Logaritmik büyüme fazını tanımlamak için bir spektrofotometre kullanarak optik yoğunluğu (OD) 600 nm'de izleyin ve kaydedin.
  7. Yayılmış plaka yöntemini kullanarak OD600 değerleri ile mililitre başına Koloni Oluşturan Birimler (CFU/mL) arasında bir korelasyon kurun (bkz. adım 4.1.7-4.1.10).
    NOT: Bu deneyde ideal OD600, yaklaşık 4 × 105 CFU/mL'ye karşılık gelen 0.700-0.750'dir. OD600 ve CFU/mL arasındaki ilişkinin belirlenmesi deneysel doğruluğu sağlar.
  8. 3 mL bakteriyel süspansiyonu (adım 1.7, 4 × 105 CFU / mL'den) 3 mL soğuk steril fosfat tamponlu salin (PBS) ile seyreltin. 3.000 × g'da 4 °C'de 10 dakika santrifüjleyin ve peleti yeniden süspanse edin. Nihai bakteri konsantrasyonu: 2 × 105 CFU / mL.
    NOT: 1:1 oranı, kültür ortamı safsızlıklarının etkili seyreltmesini hücre bütünlüğünün ve ozmotik stabilitenin korunması ile dengeler. Ozmotik strese bağlı hücre hasarını en aza indirirken verimli yıkama sağlar ve sonraki işlemler için kritik olan santrifüjleme sırasında homojen hücre peleti oluşumunu destekler.
  9. Adım 1.8'i iki kez tekrarlayın.
  10. Daha fazla deney için bakteri peletini PBS'de yeniden askıya alın.

2. Fare ve implant hazırlığı

  1. 20 C57BL / 6J vahşi tip fareyi rastgele iki gruba (10 fare / grup) bölün: İmplantla İlişkili Enfeksiyon grubu ve Deri Altı Apse grubu29.
    NOT: Her grup, kafes başına beş fare olacak şekilde, ayrı ayrı havalandırılan iki kafese (IVC) yerleştirilmelidir.
  2. Tanımlama için her fareye kuyruk işaretleri uygulayın.
  3. Dairesel titanyum plakaları (TA1, 1 cm çapında, 0,5 mm kalınlığında) 121 °C, 0,1 MPa'da 30 dakika boyunca otoklavlayarak sterilize edin.

3. Hayvan cerrahisi

  1. Fareleri, anesteziyi indüklemek için yaklaşık 5 dakika boyunca genel hayvan gazı anestezikleri içeren bir izofluran (% 2) gaz indüksiyon odasına yerleştirin (kurumsal olarak onaylanmış protokolleri izleyerek).
  2. Uygun anestezik derinliği sağlamak için solunumu izleyin.
    NOT: Solunum, uyanık olduğundan daha düzenli ve daha yavaş olmalı ve cerrahi prosedürler veya ayak parmağını kıstırma gibi zararlı uyaranlara yanıt olarak değişmemelidir.
  3. % 2 izofluran ve 2 L / dak oksijen akışının sürekli solunmasını kullanarak nazal koni dağıtım sistemi ile anesteziyi koruyun (Şekil 1A).
    NOT: Stres kaynaklı mücadeleyi önlemek ve hayvan refahı düzenlemelerine uyumu sağlamak için tüm işlemleri anestezi altında gerçekleştirin.
  4. Anestezi uygulanmış fareleri biyogüvenlik kabininin hazırlık bölgesine aktarın.
    NOT: Biyogüvenlik kabinini üç bölmeye ayırın: hazırlık, dezenfeksiyon ve çalışma bölgesi. Her bölmeye steril tek kullanımlık paspaslar yerleştirin. Aseptik koşulları korumak için kabin içindeki tüm prosedürleri gerçekleştirin.
  5. Sırttaki tüyleri (3 cm × 4 cm'lik alan) tıraş edin ve yaklaşık 1 dakika boyunca tüy dökücü krem uygulayın.
  6. Cildi iyot çözeltisi ve% 75 etanol ile üç kez dezenfekte edin (Şekil 1B).
  7. Steril cerrahi bıçaklar kullanarak sırt bölgesinde yaklaşık 1 cm'lik bir kesi yapın. Steril titanyum implantları (adım 2.3'te hazırlanan) deri altı cebe yerleştirin (Şekil 1D).
    NOT: Deri altı cebi oluşturmak için steril forseps kullanarak insizyonun distal derisini yükseltin.
  8. 100 μL S. aureus bakteri süspansiyonunu (2 × 105 CFU / mL) 1 mL steril bir şırınga kullanarak doğrudan titanyum yüzeye enjekte edin (Şekil 1E).
  9. Cildi %75'lik etanol ile dezenfekte edin ve kesiyi kapatmak için 3-0 emilmeyen dikişler uygulayın (Şekil 1F).
  10. Deri altı apse grubu için, herhangi bir implant yerleştirmeden insizyonu doğrudan oluşturun, dezenfekte edin ve dikin.
  11. Steril 1 mL şırınga kullanarak insizyon yoluyla 100 μL S. aureus süspansiyonu (2 ×10 5 CFU / mL) enjekte edin.
    NOT: Hızlı sıvı birikimini azaltmak ve bakteriyel süspansiyon sızıntısını önlemek için uygulama boyunca sürekli yavaş hızlı enjeksiyon sürdürüldü.
  12. Hayvanları yeni IVC'lere aktarmadan önce spontan solunum devam edene kadar solunum fonksiyonunu izleyin.
  13. Ameliyat sonrası ağrıyı yönetmek için meloksikamı (0.02 mL / 10 g / gün) art arda üç gün boyunca deri altından uygulayın.
  14. Tüm farelerin uzuvlarına tam ağırlık verebildiğinden, kısıtlama olmaksızın hareket edebildiğinden ve yiyecek ve suya özgürce erişebildiğinden emin olun.
    NOT: Tedavi edilmemiş fareler veya eski IVC'ler ile çapraz kontaminasyonu önlemek için tedavi edilen tüm fareleri yeni IVC'lerde barındırın.

4. Ameliyat sonrası gözlem ve değerlendirme

  1. Periferik dokudaki enfeksiyonların değerlendirilmesi
    1. Her farede dorsal insizyonun durumunu günlük olarak gözlemleyin ve 1, 3, 5, 7, 10 ve 14. günlerde gözlemleri kaydedin.
      NOT: İmplant yerinden çıkması için monitör; tespit edilirse, sonraki taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizi için implantı derhal alın.
    2. Fareleri CO2 asfiksiasyonu ve ardından 3, 7 ve 14. günlerde servikal çıkık yoluyla ötenazi yapın. Daha fazla analiz için implantları ve periferik dokuyu toplayın (Şekil 2).
    3. Sırt kıllarını tıraş edin ve doku toplamadan önce üç kez iyodofor ve% 75 etanol kullanarak cildi dezenfekte edin.
      NOT: Sırt kıllarının tıraş edilmesi ve yara yüzeyinin dezenfekte edilmesi, yüzey bakterilerinden kaynaklanan kontaminasyonu en aza indirir.
    4. Steril cerrahi makas kullanarak cildi, deri altı dokusunu ve kası implant veya yara çevresinde 0,5 cm'lik bir kenar boşluğu içinde eksize edin.
      NOT: Verimi en üst düzeye çıkarmak için doku örneklerini boyut kısıtlaması olmadan toplayın. Tutarlı g/mL birimlerini korumak için her numuneyi eşit kütlede steril PBS ile tartın ve homojenize edin. Bakteriyel kantitasyon (proksimal) ve histopatolojik değerlendirme (distal) için her doku örneğini uzunlamasına ve eşit olarak proksimal ve distal segmentlere bölün.
    5. Toplanan dokuyu steril tüplere yerleştirin. Her tüpe eşit kütlede steril PBS ve üç steril çelik öğütme boncuğu ekleyin.
    6. Dokuları üç döngüde (70 Hz, 60 s öğütme süresi, 20 s duraklama süresi) homojenize edin, ardından 5 dakika girdaplayın.
    7. Homojenatın seri seyreltmelerini (adım 4.1.6'dan itibaren) PBS ile 101 ila 105 arasında gerçekleştirin.
    8. Her seyreltilmiş homojenattan 15 μL'yi kanlı agar plakalarının belirlenmiş alanlarına damlatın.
    9. Plakaları 37 °C'de 24 saat çalkalamadan inkübe edin.
      NOT: Her bir kan agar plakasını altı eşit sektöre bölün ve ilgili alanlarına seri seyreltmeler uygulayın.
    10. Bakteri kolonilerini bir dijital kamera kullanarak kaydedin ve manuel olarak sayın.
  2. İmplantlar üzerinde S. aureus'un gözlenmesi
    1. 3, 7 ve 14. günlerde implantları steril makas ve cımbız kullanarak hasat edin.
    2. Sabitleme için implantları 4 ° C'de 48 saat boyunca% 2,5 glutaraldehit içine daldırın.
    3. İmplantları steril PBS ile üç kez durulayın, ardından her biri 10 dakika boyunca etanol solüsyonları (%50, %70, %80, %90 ve %100) kullanarak kurutun.
    4. İmplantları -85 °C'de dondurarak kurutucuda dondurarak kurutun ve vakum basıncı 20 Pa'nın altında tutuldu.
    5. İmplantları iletken bant kullanarak bir numune aşamasına monte edin ve 10 nm'lik bir altın tabakası ile kaplayın.
    6. Numuneleri SEM altında yüksek vakumda ve 1,5 kV'da gözlemleyin. Büyütmeyi gerektiği gibi en az ×2500'e ayarlayın.
  3. Periferik dokunun patolojik analizi
    1. 3, 7 ve 14. günlerde, cildi dezenfekte ettikten sonra steril makas kullanarak periferik dokuları veya ana organları toplayın.
    2. Toplanan dokuyu fiksasyon için 4 ° C'de 48 saat boyunca% 4 paraformaldehite daldırın.
    3. Dokuyu her biri 15 dakika boyunca dereceli etanol çözeltilerine (%50, %70, %80, %90, %100) batırarak kurutun.
    4. Susuz kalmış dokuyu parafine gömün ve bir mikrotom kullanarak 4 μm'lik dilimler halinde bölün.
    5. Standart protokolleri30 kullanarak bölümleri hematoksilen ve eozin (H & E) veya Giemsa ile boyayın.
    6. Doku hücresi kantitatif analiz sistemini kullanarak lekeli dilimleri gözlemleyin.

Representative Results

Bu çalışmada açıklanan metodoloji ile bir fare deri altı implantla ilişkili enfeksiyon modeli oluşturulmuştur (Şekil 1). Tüm fareler cerrahi operasyondan sonraki 3 saat içinde iyi durumdaydı, diyetleri, uykuları ve aktiviteleri aynı gün normale döndü.

Ameliyat sonrası, her iki grubun sırtındaki yara alanlarını gözlemlemeye devam ettik ve deney sonuna kadar implant ilişkili enfeksiyon grubundaki deri altı apse aralığının, deri altı apse grubundakinden daha fazla olduğunu bulduk (Şekil 3). Deri altı apse grubu ile karşılaştırıldığında, implantla ilişkili enfeksiyon grubunda 4 gün önce meydana gelen 3. günde rüptür gelişti. 10. günde, her iki fare grubu da yara iyileşmesi belirtileri gösterdi ve deri altı apse grubu 14. günde daha belirgin iyileşme gösterdi. Buna karşılık, bazı farelerin 14 gün içinde titanyum tabakaları döktüğü implantla ilişkili enfeksiyon grubunda yara henüz iyileşmemiştir, bu da daha şiddetli bir enfeksiyon derecesine işaret eder.

İki grup arasındaki enfeksiyon derecesindeki farkı daha görsel olarak ayırt etmek için, her farede enfeksiyon bölgesinden doku topladık. Her iki gruptan enfeksiyon bölgesinin doku homojenat dilüsyonları, kan agar plakaları üzerindeki bakteri yükü açısından analiz edildi (Şekil 4A). Çarpıcı bir şekilde, implantla ilişkili enfeksiyon grubundaki enfekte doku miktarı 7. ve 14. günlerde azalma eğilimi göstermezken, deri altı apse grubundaki enfekte doku bakterilerinin miktarı 3., 7. ve 14. günlerde art arda azalmıştır (Şekil 4B). İmplantla ilişkili enfeksiyon grubundaki farelerden çıkarılan titanyum tabakaların SEM gözlemleri, yukarıdaki bulguları daha da doğruladı, yani farelerde titanyum tabakalar üzerindeki bakteri sayımlarında 14 günlük bir süre boyunca kademeli bir artış oldu (Şekil 5). Giemsa boyaması ayrıca subkutan apse grubundaki enfekte dokuların bakteri sayımlarının 7. günde 3. güne göre önemli ölçüde daha düşük olduğunu ve 14. günde daha da azaldığını ortaya koydu, bu süre zarfında implantla ilişkili enfeksiyon grubunda bakteri sayısında bir azalma belirtisi yoktu (Şekil 6). Bu nedenle, implant ilişkili enfeksiyon modeli, eşdeğer bir enfeksiyon dozu altında deri altı apse modelinden daha şiddetli ve kalıcı enfeksiyon gösterdi.

Farelerin enfekte olmuş dokularında H&E boyama yoluyla enflamatuar hücre infiltrasyonunun yoğunluğunun daha ileri analizi, subkutan apse grubunun, 3. güne kıyasla 7. günde daha düşük derecede inflamatuar hücresel infiltrasyon sergilediğini ve 14. günde kayda değer bir azalma gösterdiğini ortaya koymuştur (Şekil 7). İmplant ilişkili enfeksiyon grubundaki inflamatuar hücre infiltrasyonu 14 günlük süre boyunca yüksek olmaya devam etti. Son olarak, implant ilişkili enfeksiyon grubundaki ana organların histopatolojik analizi, modelleme yöntemimizi kullanarak tüm ana organların esasen normal olduğunu ve normal farelere kıyasla sonuçta lezyonların belirgin bir tezahürü olmadığını ortaya koydu (Şekil 8). Bu sonuçlar, modelleme yöntemimizin son derece güvenli ve güvenilir olduğunu ve implantla ilişkili enfeksiyonların incelenmesi için uygun olduğunu göstermiştir.

Figure 1
Şekil 1: İmplant ilişkili enfeksiyon modelinin protokolü. (A) Anestezi, nazal koni iletimli bir inhalasyon anestezi sistemi kullanılarak sürdürüldü; İç: Bir gaz indüksiyon odası aracılığıyla indüksiyon anestezisi. (B) Cerrahi bölge tıraş edilerek ve dezenfekte edilerek cilt hazırlığı yapıldı. (C) Steril bir bıçak kullanılarak enine dorsal bir insizyon yapıldı. (D) İnsizyon yoluyla deri altından steril bir titanyum implant yerleştirildi. (E) Bakteriyel süspansiyon (2 × 105 CFU / mL) enfeksiyonu indüklemek için titanyum yüzeye uygulandı. (F) İnsizyon bölgesi sterilize edildi ve dikildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 2
Şekil 2: Deney gruplama, numune toplama ve analiz prosedürlerinin şeması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 3
Şekil 3: 1, 3, 5, 7, 10 ve 14. günlerde her iki modelde de insizyon bölgelerinin temsili görüntüleri. Ölçek çubuğu: 1 cm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 4
Şekil 4: Periferik dokudan bakteri yükü analizi. (A) 3, 7 ve 14. günlerde yayılmış plaka kültürlerinden bakteri kolonilerinin temsili görüntüleri. Üst sıra: deri altı apse modeli; Alt sıra: İmplantla ilişkili enfeksiyon modeli. (B) Her iki grupta da zaman içinde bakteri yükündeki kantitatif değişiklikler. (C) Bakteri tayini için kullanılan seri seyreltme yönteminin şeması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 5
Şekil 5: 3, 7 ve 14. günlerde titanyum implant yüzeyinin taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri. Sarı küreler S. aureus'u gösterir; Mavi arka plan titanyum yüzeyi temsil eder. Ölçek çubuğu: 20 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 6
Şekil 6: Her iki modelde de 3, 7 ve 14. günlerde periferik dokunun Giemsa boyaması. Kırmızı oklar bakteri kolonilerini gösterir. Ölçek çubuğu: 50 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 7
Şekil 7: Her iki modelde de 3, 7 ve 14. günlerde periferik dokunun hematoksilen ve eozin (H&E) boyanması. Ölçek çubuğu: 50 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Figure 8
Şekil 8: İmplantla ilişkili enfeksiyon modelinde ve sağlıklı kontrol farelerinde 14. günde ana organların H & E boyaması. Ölçek çubuğu: 50 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Discussion

Yazarlar, rekabet eden herhangi bir mali çıkarları olmadığını beyan ederler.

Disclosures

Mevcut protokol, implant ile ilişkili enfeksiyonları araştırmak için subkutan dorsal implantasyon kullanan, patofizyolojik mekanizmaların kapsamlı bir şekilde araştırılmasını sağlayan ve hedefe yönelik terapötik stratejilerle tanı kriterlerinin geliştirilmesini destekleyen bir fare modelini tanımlamaktadır.

Acknowledgements

Yazarlar, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı'ndan (82102586'dan Z.S.'ye, 82272512'dan C.Z.'ye, 82472463'dan C.Z.'ye), Anhui İl Sağlık Araştırma Programı'ndan (AHWJ2024Aa20445'ten Z.S.'ye, AHWJ2024Aa10144'ten C.Z.'ye), Anhui Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı, Ayırt Edici Gençlik Projesi (2108085J40'tan C.Z.'ye), Anhui Eyaleti Temel Araştırma ve Geliştirme Programı-Klinik Tıbbi Araştırma Çeviri Uzmanlığı (202304295107020020'den Z.Z.'ye), Çin Doktora Sonrası Bilim Vakfı (2020M671893'ten Z.S.'ye), Çin Merkez Üniversiteleri için Temel Araştırma Fonları (WK9110000155'dan Z.S.'ye, YD9110002053'dan C.Z.'ye), Anhui Eyaleti Bilimsel Araştırma Derleme Projesi (2022AH051251'den Z.S.'ye, 2022AH010076'dan C.Z.'ye), ve IHM Önde Gelen Tıp ve İleri Teknolojiler Merkezi'nin Araştırma Fonları (2023IHM01070'ten C.Z.'ye, 2023IHM01074'ten C.Z.'ye). Ayrıca, USTC'nin İlk Bağlı Hastanesi (Anhui İl Hastanesi) olan Tıp Bilimleri Temel Tesis Merkezi'nden gelen destek için de minnettarız. Bu çalışma kısmen Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Fizik Bilimi Enstrümanlar Merkezi'nde gerçekleştirildi. Ayrıca, Hefei Kapsamlı Ulusal Bilim Merkezi, Sağlık ve Tıp Enstitüsü Çekirdek Tesisinden Biyogüvenlik Seviye-2 Laboratuvarı'nın desteği için de minnettarız.

Materials

%1 osmiyum tetroksit çözeltisiHerhangi bir marka
%2,5 glutaraldehit çözeltisiHerhangi bir marka
%4 paraformaldehit çözeltisiHerhangi bir marka
%75 etanolHerhangi bir marka
Otomatik Gram Boyama SistemiBIOMERIEUXÖnceki Renk Gramı
Biyogüvenlik KabiniThermo Fisher Bilimsel1500
Kanlı agar plakasıSHIGOUYIKLCP002
Tüy dökücü kremVeet
Dondurarak kurutucuGÖZFDU-2110 Serisi
İzofluranRingpuİzofluran
Düşük Sıcaklıklı Yüksek Hızlı SantrifüjSCILOGEXCF1524R
Mikrobiyal Kütle Spektrometresi Analizi BIOMERIEUXVITEK MS
İğneli Emilmeyen DikişlerŞanghay JinhuanF308 Serisi
Paraffi bölümleme  sistemLeica
Fosfat tamponlu salin (PBS)BiyokeskinBL302A
Taramalı elektron mikroskobuHİTACHİSU8010 Serisi
Küçük Hayvan Anestezi MakinesiGeri sarR500 Serisi
SpektrofotometreJINGHUA721
Tert-bütanolHerhangi bir marka
TG Panoramik Doku Hücresi Kantitatif Analiz SistemiDoku GnostikleriTISSUEFAXS PLUS
Doku homojenizatörüİKAT10 temel ULTRA TURRAX
Triptik soya suyu (TSB)Güneş EnerjisiLA0110 Serisi
Dikey tek kapılı salınımlı inkübatörSakeziEsci-1020 Serisi

References

  1. Calabro, L., Lutton, C., Din, A. F. S. E., Richards, R. G., Moriarty, T. F., Moriarty, T. F., Zaat, S. A. J., Busscher, H. J. . Biomaterials Associated Infection: Immunological Aspects and Antimicrobial Strategies. , 273-304 (2013).
  2. Shiels, S. M., Bedigrew, K. M., Wenke, J. C. Development of a hematogenous implant-related infection in a rat model. BMC Musculoskel Disord. 16 (1), 255 (2015).
  3. Su, Z., et al. Bioresponsive nano-antibacterials for H2S-sensitized hyperthermia and immunomodulation against refractory implant-related infections. Sci Adv. 8 (14), eabn1701 (2022).
  4. Dong, J., et al. Honeycomb-inspired ZIF-sealed interface enhances osseointegration via anti-infection and osteoimmunomodulation. Biomaterials. 307, 122515 (2024).
  5. Mei, J., et al. Biofilm microenvironment-responsive self-assembly nanoreactors for all-stage biofilm-associated infection through bacterial cuproptosis-like death and macrophage re-rousing. Adv Mater. 35, 2303432 (2023).
  6. Zhang, P., et al. An enzymatic and metal-organic framework system to prevent biofilm infections. Cell Rep Phys Sci. 6, 102468 (2025).
  7. Su, Z., et al. Enzymatic bionanocatalysts for combating peri-implant biofilm infections by specific heat-amplified chemodynamic therapy and innate immunomodulation. Drug Resist Updates. 67, 100917 (2023).
  8. Li, Q., et al. Biofilm homeostasis interference therapy via 1O2-sensitized hyperthermia and immune microenvironment re-rousing for biofilm-associated infections elimination. Small. 19, 2300592 (2023).
  9. Conn, P. M. . Animal Models for the Study of Human Disease. , (2017).
  10. Stavrakis, A. I., et al. Combination prophylactic therapy with rifampin increases efficacy against an experimental Staphylococcus epidermidis subcutaneous implant-related infection. Antimicrob Agents Chemother. 58 (4), 2377-2386 (2014).
  11. Su, Z., et al. Biodegradable oxygen-evolving metalloantibiotics for spatiotemporal sono-metalloimmunotherapy against orthopedic biofilm infections. Nat Commun. 15, 8058 (2024).
  12. Yang, N., et al. Silver-quercetin-loaded honeycomb-like Ti-based interface combats infection-triggered excessive inflammation via specific bactericidal and macrophage reprogramming. Bioact Mater. 43, 48-66 (2025).
  13. Kahl, B. C., Becker, K., Löffler, B. Clinical significance and pathogenesis of Staphylococcal small colony variants in persistent infections. Clin Microbiol Rev. 29 (2), 401-427 (2016).
  14. Gong, J., et al. Multi-functional bio-HJzyme engineered polyetheretherketone implant with cascade-amplification therapeutic capabilities toward intractable implant-associated infections. Small. 21 (7), 2409437 (2025).
  15. Arciola, C. R., Campoccia, D., Montanaro, L. Implant infections: adhesion, biofilm formation and immune evasion. Nat Rev Microbiol. 16 (7), 397-409 (2018).
  16. Qin, L., et al. Prospects and challenges for the application of tissue engineering technologies in the treatment of bone infections. Bone Res. 12, 28 (2024).
  17. Luo, Z., et al. Enhanced bacterial cuproptosis-like death via reversal of hypoxia microenvironment for biofilm infection treatment. Adv Sci. 11 (19), 2308850 (2024).
  18. Ding, J., et al. Biofilm microenvironment activated antibiotic adjuvant for implant-associated infections by systematic iron metabolism interference. Adv Sci. 11 (17), 2400862 (2024).
  19. Cheng, J., et al. Biofilm heterogeneity-adaptive photoredox catalysis enables red light-triggered nitric oxide release for combating drug-resistant infections. Nat Commun. 14, 7510 (2023).
  20. Zhu, W., et al. Photothermal nanozyme-based microneedle patch against refractory bacterial biofilm infection via iron-actuated Janus ion therapy. Adv Mater. 34, 2207961 (2022).
  21. Shen, Z., et al. Overcoming the oxygen dilemma in photoredox catalysis: Near-infrared (NIR) light-triggered peroxynitrite generation for antibacterial applications. Angew Chem Int Ed. 135, e202219153 (2023).
  22. Sun, J., et al. Local delivery of gaseous signaling molecules for orthopedic disease therapy. J Nanobiotechnol. 21 (1), 58 (2023).
  23. Liu, Q., et al. Nano-fat actuated lipometabolic reprogramming of macrophages for intracellular infections in biofilm microenvironment. Adv Funct Mater. 34, 2405852 (2024).
  24. Zhang, X., et al. Targeted modulation and enhancement of macrophages via sonodynamic therapy-driven cupferroptosis-like stress for implant-associated biofilm infections. Nano Today. 54, 102092 (2024).
  25. Wang, Z., et al. Balancing bioresponsive biofilm eradication and guided tissue repair via pro-efferocytosis and bidirectional pyroptosis regulation during implant surgery. ACS Nano. 18 (20), 13196-13213 (2024).
  26. Xu, D., et al. Nanoadjuvant-triggered STING activation evokes systemic immunotherapy for repetitive implant-related infections. Bioact Mater. 35, 82-98 (2024).
  27. Hu, X., et al. Biomimetic metal-organic framework combats biofilm-associated infections via hyperthermia-enhanced bacterial metabolic interference and autophagy-promoted adaptive immunity. Adv Funct Mater. 34, 2310509 (2024).
  28. Wang, Q., et al. Biofunctional magnesium coating of implant materials by physical vapour deposition. Biomater Transl. 2 (3), 248-256 (2021).
  29. Tseng, C. W., Sanchez-Martinez, M., Arruda, A., Liu, G. Y. Subcutaneous infection of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). J Vis Exp. (48), e2528 (2011).
  30. Feldman, A. T., Wolfe, D., Day, C. E. . Histopathology: Methods and Protocols. , 31-43 (2014).
  31. Mestas, J., Hughes, C. C. W. Of mice and not men: Differences between mouse and human immunology. J Immunol. 172 (5), 2731-2738 (2004).
  32. Lee, S. W., et al. How microbes read the map: Effects of implant topography on bacterial adhesion and biofilm formation. Biomaterials. 268, 120595 (2021).
  33. Zhang, L. -. j., et al. Age-related loss of innate immune antimicrobial function of dermal fat is mediated by transforming growth factor beta. Immunity. 50 (1), 121-136.e5 (2019).
  34. Zhang, L. -. j., et al. Diet-induced obesity promotes infection by impairment of the innate antimicrobial defense function of dermal adipocyte progenitors. Sci Transl Med. 13 (577), eabb5280 (2021).
  35. Carli, A. V., et al. Developing a clinically representative model of periprosthetic joint infection. J Bone Joint Surg Am. 98 (19), 1666-1676 (2016).
  36. Li, X., et al. Comparative analysis of the effects of cyclophosphamide and dexamethasone on intestinal immunity and microbiota in delayed hypersensitivity mice. PLOS ONE. 19 (10), e0312147 (2024).
  37. Thanabalasuriar, A., et al. Neutrophil extracellular traps confine Pseudomonas aeruginosa ocular biofilms and restrict brain invasion. Cell Host Microbe. 25 (4), 526-536.e4 (2019).
  38. Tseng, C. W., et al. Subcutaneous infection of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). J Vis Exp. (48), e2528 (2011).
  39. Yang, C., et al. A periprosthetic joint Candida albicans infection model in mouse. J Vis Exp. (204), e65263 (2024).
  40. Kelley, B. V., et al. In vivo mouse model of spinal implant infection. J Vis Exp. (160), e60560 (2020).
  41. Greig, D., et al. Platelet deficiency represents a modifiable risk factor for periprosthetic joint infection in a preclinical mouse model. J Bone Joint Surg Am. 103 (11), 1016-1025 (2021).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission

Play Video

Farelerde İmplantla İlişkili Enfeksiyonların Hayvan Modeli
JoVE logo
Contact Us Recommend to Library
Research
  • JoVE Journal
  • JoVE Encyclopedia of Experiments
  • JoVE Visualize
Business
  • JoVE Business
Education
  • JoVE Core
  • JoVE Science Education
  • JoVE Lab Manual
  • JoVE Quizzes
Solutions
  • Authors
  • Teaching Faculty
  • Librarians
  • K12 Schools
  • Biopharma
About JoVE
  • Overview
  • Leadership
Others
  • JoVE Newsletters
  • JoVE Help Center
  • Blogs
  • JoVE Newsroom
  • Site Maps
Contact Us Recommend to Library
JoVE logo

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved

Privacy Terms of Use Policies
WeChat QR code