마우스 모델의 설립 및 요로 감염 및 CAUTI의 특성

Summary

The ability to model urinary tract infections (UTI) is crucial in order to be able to understand bacterial pathogenesis and spawn the development of novel therapeutics. This work’s goal is to demonstrate mouse models of experimental UTI and catheter associated UTI that recapitulate and predict findings seen in humans.

Abstract

요로 감염 (UTI)는 매우 널리 사망률의 중요한 원인 및 항생제 치료에 점점 내성. 여성은 불​​균형 요로 감염에 의해 고통된다 : 모든 여성의 50 %가 일생에 요로 감염이있을 것이다. 또한, 초기 요로 감염 삶, 고통과 불편, 일상 활동의 중단의 질에 심각한 손상 몇 가지 고통 잦은 재발과 재발을 겪게 될 것이다이이 여자 20-40 %가 의료 비용이 증가하고, 몇 치료 옵션 다른 장기 예방 적 항생제보다. Uropathogenic 대장균 (UPEC)는 취득한 UTI 사회의 주요 원인균이다. 카테터 관련 요로 감염 (CAUTI)는 만 매년 미국에서 발생 극적인 의료 비용에 대한 회계 가장 일반적인 병원 획득 감염이다. UPEC도 CAUTI의 주요 원인이지만, 다른 원인이 에이전트는 엔테로 포함 증가 중요하다패 칼리스. 여기에서 우리는 이러한 인간의 질병의 임상 적 특성의 많은 요점을 되풀이이 잘 구축 된 마우스 모델을 사용한다. 요로 감염의 경우, C3H / 암탉 모델은 호스트 응답, IBC 형성과 filamentation을 포함하여 인간에서 관찰 UPEC의 독성의 많은 기능을 되풀이되었습니다. CAUTI, 방광 카테터 임플란트를 유지 C57BL / 6 마우스를 이용 모델의 경우, E.에 민감한 것으로 밝혀졌다 칼리스 방광 감염. 이러한 대표적인 모델은 신규 한 치료제 및 관리 또는 예방 전략의 개발을 주도하고 UTI 질환의 병인으로 현저한 새로운 통찰력을 얻기 위해 사용되고있다.

Introduction

요로 감염 (요로 감염)은 가장 흔한 박테리아 감염 중 하나와 UTI 취득한 취득, 사회와 원내의 메커니즘을 기반으로 두 개의 카테고리로 나눌 수있다. 지역 사회 획득 요로 감염은 종종 건강한 여성과 연구에서 발생하는 여성의 약 50 %가 평생 ^한 적어도 하나의 요로 감염이있을 것이다 보여 주었다. 또한 재발 주요 문제이다. 초기 급성 감염이있는 여성은 항생제 치료와 많은 여성들이 자주 ^재발이가 계속 적절한에도 불구하고 6 개월 이내에 두 번째 감염을 갖는 25-40%의 기회가있다. 이러한 감염을 일으키는 박테리아는 항생제 내성이 점점 더 혼란 치료 프로토콜 ^{3-6가되고있다.} 요로 감염은 질병의 영향과 보급을 강조, 미국에서 의료 관련 비용 약 25 억 달러의 비용이 수백만의 개인 매년에 영향을 미칠1,7 .Nosocomial는 주로 내주 카테터 등의 이물질의 존재와 관련된 요로 감염을 인수했다. 카테터 관련 요로 감염 (CAUTI)은 이러한 감염 ⁸ 70 ~ 80 % -를 차지, 요로 감염 획득 한 가장 일반적인 원내 남아있다. 또한, CAUTI은 이환율 및 사망률 증가와 관련 지을 수있어 이차 혈류 감염 ^(9)의 가장 흔한 원인이다.

요로 감염 인수 UPEC 관련 커뮤니티 성교, 빈약 한 위생 또는 다른 호스트 사이에 다른 미생물 집단 역학 동안 기계적인 조작을 통해 위장관에서 저수지에서 방광에 세균의 도입에 의해 발생하는 ^열을 틈새 생각된다. 일단 방광 내부 UPEC 캡슐, 철 수집 시스템, 독소, 병원성 플라스미드의 tRNA, 병원성 아일랜드 및 발병 기전에 중요한 역할을하는 것으로 나타났다 집락 인자 등 다양한 독성 인자를 채용 <SUP> 11-14. UPEC 식민지의 설립에 중요한은 UPEC는 입체 특이성 ^(15)와 수용체를 인식 접착제 보호자 안내 통로 (CUP) 필리 여러 유형의 인코딩. FimH의 어드와 팁 타입 1 필리는 UPEC로 표현하고 모두 인간과 마우스 방광 ^(18)의 내강 표면에 발현되어 uroplakins ^16, α-1, β-3 인테그린 ^(17), mannosylated 바인딩합니다. 이 FimH 매개 상호 작용은 세균 식민지와 표면 상피 세포 ^{(19, 20)의} 침략을 용이하게한다. 하나의 세균이 빠르게 성숙시 ~ 10 ⁴ 박테리아 ^(21)를 포함 할 수있는 세포 내 세균 커뮤니티 (IBC)를 형성하기 위해 나눌 수있는 일단 세포 내부, UPEC는 세포질에 탈출 할 수 있습니다. IBC 형성은 적어도 6 다른 마우스 변종에서 증명되었다, C3H / 암탉, C3H / HEJ, C57BL / 6, CBA, FVB / 뉴저지와 BALB / c 및 다른 UPE의 다양한으로C 균주와 다른 장내 세균 ^22-24. 그러나 IBC 형성의 공간적 차이 마우스 배경 및 감염 UPEC 균주에 따라 다양 할 수있다. C3H에서 / 프로토 타입 UPEC에 감염된 암탉 마우스는 UTI89 종자 또는 CFT073, IBC 형성은 빠르면 3 HPI (시간 게시물 감염) 박테리아의 작은 바이오 매스로 시각화 할 수 있습니다. 이 커뮤니티는 확장을 계속하고 막대 모양의 세균이 말기 차별화 된 피상적 인 우산 세포의 세포질 공간의 큰 비율을 차지할 때 개발 약 6 HPI의 "중간 점"에 도달 비슷한 크기를 표시하는 대부분 비교적 동기 방식으로 이러한 초기 ibcs를 양식 및 형태학. ~ 8 HPI 간균에서 IBC 변화의 박테리아는 형태를 구균합니다. ibcs를 자연에서 일시적이다. 따라서, 세균 집단의 지속적인 확장에 12-18 HPI 결과에서 IBC 성숙, 세포 WI 받음으로써 filamentation 및 분산 뒤에인접 셀 ⁽²³⁾ 이후의 확산을 토륨. 따라서, IBC 틈새 호스트 면역 반응과 항생제 ^{(25)으로부터} 보호하는 환경에서 빠른 세균의 성장을 허용한다. 마우스에서 보이는 UPEC 감염 구별 단계는 또한 인간에서 ^22,26-28 UTI를 모델링하기 위해 사용될 수있는 도구로서 유용 UTI의 마우스 모델을 지원하고 이러한 ibcs를 filamentation로서 인간에서 관찰된다.

여성의 대부분은 자신의 일생에 요로 감염을 경험하지만, 이러한 감염의 결과는 자주 재발 성 방광염에, 아니 재발 급성 자기 제한 감염에 이르기까지 다양 할 수 있습니다. 또한, 연구는 유전 적 요소가 요로 감염의 감수성 ^(29)에 기여 제안, 요로 감염의 강한 가족 발생을 보여 주었다. 우리는 병원에서 볼 수있는 다른 요로 감염의 결과가 근친 마우스 변종 ⁽³⁰⁾ 사이의 실험 UPEC 감염의 다른 결과가 반영 될 수 있음을 발견했다. 예를 들어, C3H / 암탉, CBA, DBA 및 C3H / HeOuJ 생쥐 감염성 투여 량 의존적으로 지속적인, 높은 역가 박테리아 (> ¹⁰⁴ 콜로니 형성 단위 (CFU) / ㎖) 고역가 세균 특징으로 긴 지속, 만성 방광염에 취약 희생 방광 부담> 사주 후 감염 (WPI), 만성 염증 및 괴사 urothelial. 이러한 마우스는 만성 방광염의 개발을위한 바이오 마커로서 기능 제 24 HPI 내의 IL-6, G-CSF, KC, 및 IL-5의 높은 혈중 농도를 표시. 위약 연구는 요로 감염은 방광염의 첫 증상 후 몇 주 동안 소변에서 박테리아의 높은 수준을 유지합니다 경험 여성의 큰 비율은 항생제 치료 ^(31)을 부여하지 않을 경우 것으로 나타났습니다 이것은 정확하게, 일부 여성의 요로 감염의 자연 경과를 나타낼 수있다 ^32. 또한, C3H / 암탉 마우스를 사용하여, 우리는 만성 방광염의 역사는 이후 심한 재발 성 감염의 중요한 위험 인자 인 것으로 나타났다. 재발 성 요로 감염은 대부분의시입니다요로 감염 및 C3H / 암탉 마우스의 gnificant 임상 양상은 현재 이전 노출 후 증가 된 경향을 되풀이되었습니다 만 연구 모델이다. 두 번째 요로 감염의 결과는 급성 UPEC 감염 약 일주일 내 방광 염증과 세균의 해상도로, 자기 제한입니다 C57BL / 6 마​​우스에 효과적으로 요약된다. 흥미롭게도,이 모델에서, UPEC 쉽게 UPEC 잠재적으로 인간 ^(33)에 같은 변형 재발 성 요로 감염에 대해 하나의 ^{메커니즘 (34)을} 설명, 활성 요로 감염을 재개하기 위해 휴면 상태에서 신흥 할 수있는있는 방광 조직 내에서 대기 세포 내 저수지를 형성한다.

UTI에 감수성 유전자의 영향에 더하여, 방광 내로 카테터의 도입이 크게 감염을 갖는뿐만 아니라 감염을 일으킬 수있는 박테리아의 범위가 증가 할 가능성을 증가시킨다. 그것은 인간의 요도 카테터는 조직 학적 원인 것을 증명되었으며기계적인 강력한 염증 반응을 초래 스트레스, 각질 제거, 점막 고유 층과 submucusa, urothelial 얇아의 부종 및 요로 상피 및 신장 ^{35, 36의} 점막 병변에 방광의 면역 학적 변화. 또한, 카테터함으로써 CAUTI을 일으키는 여러 종에 의해 이용 환경을 만드는 세균 부착면을 제공한다. UPEC 여전히 주요 원인이지만, 엔테로 코커스 패 칼리스이 CAUTI ^(37)의 15 %를 차지한다. E.을 칼리스는 심각한 건강 문제 ⁽³⁸⁾ 포즈, 저항의 출현을 반코마이신과 항생제에 점점 내성이되고있다. E.을 칼리스는 독소와 카테터 및 상피 ⁽³⁸⁾ 모두에 부착에 필요한 adhesins 등 다양한 독성 요소를 가지고있다. 요도 카테터 동안 호스트는 요로 ^{(39, 40)에} 미생물 부착, 증식 및 보급에 취약합니다. E. faeca기구의 일부가 방광 및 지속 마우스 CAUTI 모델 ^(41)에 재생된다 신장에 보급하도록 LIS는 카테터에 생물막을 형성한다. 최근, 그것이 뇨 도관 중에 도시 한, 피브리노겐 (FG)는 염증 반응의 일부로서 방광 내로 방출된다. FG를 코팅 카테터, 방광에 축적와 E를 위해 필수적이다 칼리스 biofilm 형성, 첨부 파일의 발판 역할을. CAUTI의 C57BL / 6 마우스 모델에서는 발견 E. 칼리스의 생물막 카테터에 형성하고, 방광에 따라서 지속성, 특히 그 팁 어드의 EbpA EBP의 pilus에 의존했다. 우리는 EbpA의 N- 말단 도메인이 구체적으로 카테터를 코팅 FG에 결합 것을 발견했다. 또한,는 것을 알 수 있었다 E. 칼리스는 감염시 대사 소스, 따라서 biofilm 형성 ^(42)을 향상로 FG를 사 사용합니다.

마우스 모델은 언더에 중요한 입증tanding뿐만 아니라 요로 감염 및 CAUTI ^(41)의 임상 양상을 예측. 이 문서에서 우리는 방광염 UPEC의 접종 준비를 보여 UTI89와 C3H / 암탉 쥐의 요도 접종을 격리 할 것. 또한, 우리는 E.의 카테터 C57BL / 6 마우스에 삽입 및 접종을위한 프로토콜을 보여 칼리스 OG1RF 변형. 이러한 기술은 모두 마우스에서 일관성과 신뢰성을 요로 감염 또는 CAUTI로 이어집니다. 우리는 만성 또는 재발 성 방광염의 분석 급성 방광염과 소변 수집하는 동안 IBC 형성을 관찰하기 위해 사용되는 기술을 표시합니다. C3H / 암탉 마우스가 초기 세균 침입, IBC 형성, filamentation 및 만성 방광염 ^23,33,43의 개발 등 UPEC의 발병 기전의 양상을 연구하는 데 사용되었다. 이러한 독성은 다른 파라미터 마우스 배경 ^22,33 다양한 연구되어왔다. CAUTI 위해, C57BL / 6 모델 후속 세균 CO와 방광 내로 이물질 주입을 허용7 일간 유지 될 수 lonization는, 감염 ^(41)을 게시합니다. 이러한 모델은 이후에 효과적으로 요약 임상​​ 인구에서 관찰 된 많이있는 호스트 응답을 파괴하는 세균 독성 메커니즘, 요로 감염에 대한 숙주 반응과 메커니즘을 평가하는 데 유용합니다.

Protocol

윤리 문 : 워싱턴 대학 동물 연구위원회는 2013년 1월 11일을 승인 2016년 1월 11일 만료 된 프로토콜 번호 20120216,의 일환으로 모든 마우스 감염과 절차를 승인했다. 동물의 전반적인 관리는 국가 연구위원회 및 미국 농무부 동물 관리 리소스 가이드에서 실험 동물의 관리에 대한 가이드 및 사용과 일치했다. 안락사 절차와 일치한다 "동물 2013 판의 안락사에 대한 AVMA 지침." …

Representative Results

복잡하고 카테터 관련된 요로 방광 모델은 이러한 일반적인 비싼 감염을 관리하는 세균성 병인, 숙주 조직에이 질병의 영향 및 개발 및 신규 한 접근법의 테스트 분자 메커니즘을 밝히기위한 유연한 플랫폼을 제공한다. 마우스 변형 및 병원체에 따라, 방광 접종 급성 시작 또는 변조에 필요한 요소 (그림 1, 3), 만성 또는 재발 성 (그림 2) 방광염을 규명하기 위해 호스트 병…

Discussion

복잡하지 않은 사회는 요로 감염은 수백만 일차 진료 방문 매년 ^46를 차지 일반적이고 비용이 많이 드는 감염 인수했다. 또한, CAUTIs 더 이상 CAUTI ⁴⁵ 획득 한 병원에서 결과 처리의 추가 비용을 공급자를 상환 메디 케어와 메디 케이드 서비스 센터 등의 건강 관리 서비스 공급자에 매우 비용이 많이 드는 될 수 없다 일반적인 의료 획득 감염이다. 이러한 프로토콜에 설명 UTI 모두 단?…

Materials

Material for catheter and needle preparation:
30ga needles	BD Precision Glide	305106	30Gx ½ (0.3 mm x 13mm)
PE10 polyethylene tubing	BD	427400	Inside diameter -0.011 in (0.28 mm); outside diameter – 0.024 in (0.61 mm)
RenaSIL 025 platinum cured silicon tubing	Braintree Scientific, Inc	SIL 025	inside diameter-0.012 x outside diameter 0.025, 25 ft coil
Material for infections:
Isoflourane – Isothesia	Butler Schein	29405	250 mL
Clear Glass Straight-Sided Jar	Kimble Chase	5413289V 21
Stainless Steel Tea Infuser	Schefs-Amazon		Premium Loose Leaf Tea Infuser By Schefs – Stainless Steel – Large Capacity –
Non-sterile cotton balls	Fisherbrand	22-456-880
50 ml Falcon tubes	VWR	89039-660
Isotec 3 -vaporizer	Ohmeda	1224478
Ear punch	Fisher Scientific	13-812-201	(when necessary)
Betadine solution	Betadine solution		10% Povidie-iodine topical solution
Q-tips	Fisher Scientific	22-037-924	6 in
Diapers for bench	Fisherbrand	14206 63	Absorbent Underpads (20”X36”mats)
Surgical lubricant	Surgilube	0281-0205-36
Dissecting scissor	Fine Science tools, INC	14084-08
Micro-Adson Forceps	Fine Science tools, INC	11018-12
1 ml syringe	BD	309659	Tuberculin slip tip
Parafilm	Bemis	PM996	4 in x 125 FT
Eppendorf rack	Fisherbrand	05-541-1
Eppendorf tubes	MIDSCI	AVX-T-17-C
Harvesting catheters, bladders and kidneys:
Homogenizer	PRO Scientific INC	Bio-Gen Pro 200
5 ml polypropylene round-bottom tube	BD	352063	for organ homogenization
Paper towel	Georgia-Pacific
Ethanol	Pharmco-AAPER	11100020S	200 proof
Costar™ Clear Polystyrene 96-Well Plates	Corning	3788
1X Phosphate sodium saline	Sigma-Aldrich	P3813
BRANSONIC Ultrasonic cleaner 1210	Branson Ultrasonics Corporation	1210
IBC materials:
6-well tissue culture test plate	Techno Plastic Products	92006
Pins	Fine Science Tools	26002-20
Sylgard 184	Dow Corning	3097358-1004	Silicone Elastomer Kit
X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-b-D-galactoside)	Invitrogen	15520-034	Ultrapure
N, N-Dimethylformamide	Sigma Aldrich	D4551
MgCl2 (Magnesium chloride)	Sigma Aldrich	M8266
Sodium deoxycholate	Sigma Aldrich	D6750
Nonidet-P40	Roche	11754599001	Octylphenolpoly(ethyleneglycolether)n
Potassium hexacyanoferrate(II) trihydrate (K-ferrOcyanide)	Sigma Aldrich	P3289
Potassium hexacyanoferrate(III) (K-ferrIcyanide)	Sigma Aldrich	60299