Summary

Visualisierung der Biofilmbildung in Candida Albicans ein automatisiertes mikrofluidischen Gerät

Published: December 14, 2017
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Summary

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung eines Geräts anpassbare automatisierte mikrofluidischen Biofilmbildung in Candida Albicans unter physiologischen Bedingungen Host zu visualisieren.

Abstract

Candida Albicans ist der häufigste pilzliche Erreger des Menschen, was etwa 15 % der Fälle von nosokomialen Sepsis. Eine größere Virulenz-Attribut von C. Albicans ist seine Fähigkeit, Form Biofilme, strukturierten Gemeinschaften von Zellen zu biotischen und abiotischen Oberflächen befestigt. C. Albicans Biofilme bilden können auf Host Gewebe, wie z. B. Schleimhaut Schichten und medizinischen Geräten wie Herzschrittmachern, Katheter, Zahnersatz und Gelenkprothesen. Biofilme stellen signifikante klinische Herausforderungen, weil sie sehr widerstandsfähig gegen physikalische und chemische Störungen sind und können als Stauseen Samen Infektionen verbreitet wirken. Verschiedene in-vitro- Assays wurden genutzt, um C. Albicans Biofilmbildung wie Mikrotiter-Platte-Assays, Trockengewicht Messungen, Zelle Lebensfähigkeit Assays und konfokale Lasermikroskopie Scan zu studieren. Alle diese Tests sind einzelne Endpunkt Assays, wo Biofilmbildung zu einem bestimmten Zeitpunkt bewertet. Hier beschreiben wir ein Protokoll zur Biofilmbildung in Echtzeit mit einem automatisierten mikrofluidischen Gerät unter Laminar-Flow-Bedingungen zu studieren. Diese Methode ermöglicht die Beobachtung der Biofilmbildung wie der Biofilm entwickelt sich im Laufe der Zeit mit anpassbaren Bedingungen, die denen der Host, wie denen in Gefäßkathetern nachahmen. Dieses Protokoll kann verwendet werden, die Biofilm-Defekte genetische Mutanten und die hemmenden Auswirkungen von antimikrobiellen Wirkstoffen auf Biofilm Entwicklung in Echtzeit einzuschätzen.

Introduction

Candida Albicans gehört Kommensalen der menschlichen Mikrobiota, aber es ist auch eine opportunistische Erreger, verursachen oberflächliche und schweren Pilzinfektionen1,2. Eine größere Virulenz-Eigenschaft von C. Albicans ist seine Fähigkeit, Form elastisch und resistente Biofilme Gemeinschaften von Zellen eine Oberfläche eingehalten und eingeschlossen in eine extrazelluläre Matrix-Werkstoff-1,3. C. Albicans Biofilme sind hochgradig strukturiert, mit mehreren Schichten von mehreren Zelltypen (angehende Hefe-Form Runde Zellen, ovale pseudohyphal Zellen und röhrenförmigen Bodenaggregaten Zellen)4. C. Albicans Biofilm Entwicklung beginnt mit der Einhaltung runden Hefe-Form Zellen eine Oberfläche (Aussaat des Biofilms), gefolgt von der Verbreitung dieser Zellen an der Oberfläche, und dann die Reifung des unreifen Biofilms Struktur in eine voll ausgebildet Biofilm, die extrazelluläre Matrix Material4umgeben ist. Der Reife Biofilm besteht überwiegend aus länglichen Bodenaggregaten Zellen, die Dichte und miteinander verbundenen Netzwerken, die architektonischen Stabilität, der Biofilm-4bilden. Über den gesamten Lebenszyklus der Biofilm Runde Knospen Hefe Zellen zerstreuen von der Reife Biofilm und können Reisen in andere Regionen des Körpers zu disseminierte Infektionen verursachen oder Samen neue Biofilme an anderen Standorten4,5. C. Albicans können auf biotische Oberflächen, z. B. Schleimhaut-Oberflächen und in der gesamten Wirtsgewebe, und abiotischen Oberflächen, wie z.B. Kathetern, Herzschrittmacher, Zahnersatz und Gelenkprothesen Biofilme bilden. Aufgrund der widerspenstigen Eigenschaften von Biofilmen sie sind extrem schwer zu beseitigen, und in vielen Fällen ist die einzige wirksame Behandlungsstrategie Entfernung des infizierten Gerät4. Es ist so entscheidend für Biofilmbildung unter Bedingungen ähnlich denen beobachtet im klinischen Umfeld zu untersuchen.

Es gibt mehrere kritische in Vivo Tiermodellen zur Untersuchung von C. Albicans Biofilm Bildung6,7,8; aber können diese Studien kostspielig, zeitaufwändig, und sind begrenzt durch die Anzahl der Stämme und antimikrobielle Wirkstoffe, die zu einem bestimmten Zeitpunkt getestet werden können. In-vitro- Biofilm-Assays, auf der anderen Seite ermöglichen die schnelle, Hochdurchsatz-Bewertung von Antimykotika Verbindungen und mutierte Stämme und sind kostengünstiger und ethische als Biofilm Assays durchgeführt Out in Tier9, Modelle 10,11,12,13,14. Hier beschreiben wir eine in-vitro- Tests, die wir entwickelt und optimiert, um die Biofilmbildung zeitlich unter Laminar-Flow mit einem anpassbaren mikrofluidischen Gerät14,15beobachten. Der Test ermöglicht die Visualisierung der einzelnen Phasen der Biofilmbildung, einschließlich der Einhaltung der erste Schritt, Zellproliferation, Biofilm Reifung und Zelle Dispersion. Der Test eignet sich auch Zelle Morphologie Änderungen während der Entwicklung eines Biofilms zu visualisieren.

Mikrotiter-Platten, die in der Regel verwendet werden, für in-vitro- Biofilm-Assays, bei hohem Durchsatz nicht kontrollierten Strömungsverhältnisse zulassen. Traditionelle Laminar-Flow-Zelle-Systeme ermöglichen die kontinuierliche Bewertung der Biofilmbildung in kontrollierten Strömungsverhältnisse, aber diese sind oft zeitaufwändige Einrichten und sind in der Regel nur über begrenzte Dynamikumfang Kontrolle und Durchsatz. Die mikrofluidischen Gerät hier verwendete überwindet diese Einschränkungen durch die Kombination von Hochdurchsatz-Platten (mit 48 Brunnen) mit einer integrierten Laminar-Flow-Kammer und hoch reproduzierbare und vielseitig anpassbar.

Wir beschreiben hier, ein Protokoll für die Verwendung eines handelsüblichen automatisierte mikrofluidischen Geräts Biofilmbildung ein Wildtyp C. Albicans bewerten belasten, die Auswirkungen der bekannten Antimykotikum auf die Entwicklung eines Biofilms und Biofilm Bildung in zwei mutierte Stämme (bcr1Δ/Δ und efg1 Δ/Δ), die zuvor gemeldet wurden, um Biofilm haben Mängel in Vitro und in Vivo16,17,18. Das beschriebene Protokoll kann verwendet werden, um die Wirksamkeit antimikrobieller Mittel in der Hemmung der Biofilmbildung während der Entwicklung eines Biofilms zu testen und zu identifizieren, die für normale Biofilm Entwicklung durch screening mutierte Bibliotheken erforderlich.

Protocol

(1) Pilzzelle Kultur Vorbereitung Hinweis: Zellkultur Verhalten innerhalb eines Biosafety Kabinett arbeiten (d. h. Eröffnung kryogenen Lager Röhren, Zelle Kultur Röhren und Flaschen). Schalten Sie das Kabinett Ultraviolett (UV) keimtötende Lampe mindestens 1 h vor der Arbeit, und schalten Sie die UV-Lampe und arbeitet aktiv in das Gehäuse. Handschuhe, Schutzbrille und geeignete persönliche Schutzausrüstung zu tragen, und die Oberfläche der Sitzbank und Pipetten mit 70 % Ethanol vor Begin…

Representative Results

Wir führten mikrofluidischen Biofilm Assays beschrieben hier mit einem Wildtyp C. Albicans Belastung Bedingungen zwei Medien (RPMI-1640 und Spider Media), der Wildtyp Stamm in der Gegenwart bekannte antimykotische Wirkstoff Amphotericin B (16 µg/mL) in RPMI, und zwei mutierte Stämme zuvor berichtet, dass Mängel in Biofilmbildung (bcr1Δ/Δ und efg1 Δ/Δ) in Spider Media. Video 1 zeigt die Entwickl…

Discussion

Anpassbare mikrofluidischen Biofilm Assays hier beschriebenen ermöglicht die Visualisierung der Biofilmbildung in Echtzeit auf eine Einzelzelle Niveau, wenn eine Pauschale Laminar-Flow und konstante Temperatur ausgesetzt. Freuen Sie sich auf ein mächtiges Mittel, um die Entwicklung von Biofilmen in Wildtyp und Mutanten Stämme zu studieren, und die Auswirkungen der antimikrobielle Wirkstoff Behandlungen auf Biofilme unter Bedingungen, die physiologische Bedingungen nachahmen im klinischen Umfeld beobachtet. Im Gegensat…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken allen Mitgliedern des Nobile Lab für hilfreiche Diskussionen an Biofilm-Assays. Diese Studie wurde von der National Institutes of Health (NIH) Stipendium R21 AI125801 (C.J.N.) unterstützt. D.L.R. wurde durch ein Promotionsstipendium von der University of California Institute für Mexiko und den Vereinigten Staaten (UC-MEXUS) und Consejo Nacional de Ciencia y Technologia (CONACYT) unterstützt.

Materials

BioFlux 1000z Fluxion Automated microfluidic device for live cell analysis
48-well plate 0-20 dyne Fluxion 910-0047 Microfluidic plate
Montage Software Fluxion Version 7.8.4.0 Visualization analysis software
ImageJ Software NIH https://imagej.nih.gov/ij/
Yeast Extract Criterion C7341
Bacto Peptone BD Biosciences 211677
Dextrose (D-Glucose) Fisher Scientific D163
Potassium Phosphate Monobasic Fisher Scientific P285-500
RPMI-1640 Sigma-Aldrich R6504
MOPS Sigma-Aldrich M3183
Nutrient Broth Criterion C6471
Difco D-Mannitol BD Biosciences 217020
Agar Criterion C5001
Amphotericin B Corning 30-003-CF
Sterile Inoculating Loops VWR 30002-094
Petri Dishes with Clear Lid Fisher Scientific FB0875712
Disposable Cuvettes Fisher Scientific 14-955-127
Lens Paper VWR 52846-001
Microplate and Cuvette Spectrophotometer BioTek EPOCH2TC
Shaking Incubator Eppendorf M12820004

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Diesen Artikel zitieren
Gulati, M., Ennis, C. L., Rodriguez, D. L., Nobile, C. J. Visualization of Biofilm Formation in Candida albicans Using an Automated Microfluidic Device. J. Vis. Exp. (130), e56743, doi:10.3791/56743 (2017).

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