RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
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
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
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.
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.
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.
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
2. Fare ve implant hazırlığı
3. Hayvan cerrahisi
4. Ameliyat sonrası gözlem ve değerlendirme
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.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.
Yazarlar, rekabet eden herhangi bir mali çıkarları olmadığını beyan ederler.
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.
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.
| %1 osmiyum tetroksit çözeltisi | Herhangi bir marka | ||
| %2,5 glutaraldehit çözeltisi | Herhangi bir marka | ||
| %4 paraformaldehit çözeltisi | Herhangi bir marka | ||
| %75 etanol | Herhangi bir marka | ||
| Otomatik Gram Boyama Sistemi | BIOMERIEUX | Önceki Renk Gramı | |
| Biyogüvenlik Kabini | Thermo Fisher Bilimsel | 1500 | |
| Kanlı agar plakası | SHIGOUYI | KLCP002 | |
| Tüy dökücü krem | Veet | ||
| Dondurarak kurutucu | GÖZ | FDU-2110 Serisi | |
| İzofluran | Ringpu | İzofluran | |
| Düşük Sıcaklıklı Yüksek Hızlı Santrifüj | SCILOGEX | CF1524R | |
| Mikrobiyal Kütle Spektrometresi Analizi | BIOMERIEUX | VITEK MS | |
| İğneli Emilmeyen Dikişler | Şanghay Jinhuan | F308 Serisi | |
| Paraffi bölümleme sistem | Leica | ||
| Fosfat tamponlu salin (PBS) | Biyokeskin | BL302A | |
| Taramalı elektron mikroskobu | HİTACHİ | SU8010 Serisi | |
| Küçük Hayvan Anestezi Makinesi | Geri sar | R500 Serisi | |
| Spektrofotometre | JINGHUA | 721 | |
| Tert-bütanol | Herhangi bir marka | ||
| TG Panoramik Doku Hücresi Kantitatif Analiz Sistemi | Doku Gnostikleri | TISSUEFAXS PLUS | |
| Doku homojenizatörü | İKA | T10 temel ULTRA TURRAX | |
| Triptik soya suyu (TSB) | Güneş Enerjisi | LA0110 Serisi | |
| Dikey tek kapılı salınımlı inkübatör | Sakezi | Esci-1020 Serisi |