评估穆林伤口的生物膜分散

Summary

在这里，我们描述了 前活体 和 体内 方法，以评估细菌分散从伤口感染在小鼠。该协议可用于测试局部抗菌和抗生物膜疗法的疗效，或评估不同细菌菌株或物种的分散能力。

Abstract

生物膜相关感染与各种慢性疾病有关，如非愈合性糖尿病足溃疡、慢性鼻窦炎、复发性中耳炎介质等。这些感染中的微生物细胞受细胞外聚合物（EPS）的保护，它可以防止抗生素和宿主免疫细胞清除感染。为了克服这一障碍，研究人员已经开始开发分散剂作为潜在的治疗方法。这些制剂针对生物膜EPS中的各种成分，削弱结构，并启动细菌的分散，从理论上讲，这可以提高抗生素的效力和免疫清除。为了确定分散剂对伤口感染的疗效，我们制定了测量前 活体 和 体内生物膜分散的方案。我们使用鼠标手术切除模型，该模型已被很好地描述，以创建生物膜相关的慢性伤口感染。为了监测 体内的分散，我们用表达红十字路西法酶的细菌菌株感染伤口。一旦成熟感染已经确定，我们灌溉伤口的溶液含有酶，降解生物膜EPS的成分。然后，我们监测伤口和过滤器官中发光信号的位置和强度，以提供有关达到的分散水平的信息。对于生物膜分散的 活体 分析，受感染的伤口组织被淹没在生物膜降解酶溶液中，之后对组织中剩余的细菌负荷与溶液中的细菌负荷进行评估。这两种协议都有优点和缺点，可以优化，以帮助准确确定分散治疗的功效。

Introduction

全世界抗生素耐药性上升，导致缺乏抗生素治疗各种^{细菌感染的选择}。除了抗生素耐药性外，细菌还可以通过采用与生物膜相关的生活方式²获得抗生素耐受性。生物膜是由多糖、细胞外DNA、脂质和蛋白质³的基质保护的微生物群落，统称为细胞外聚合物（EPS）。随着抗生素耐药性危机的继续，迫切需要延长抗生素使用或提高抗生素疗效的新战略。反生物膜制剂是一个有前途的解决方案^4。

在已提出的不同反生物膜策略中，针对生物膜EPS不同成分的分散剂的利用处于^{治疗开发的}前沿。糖苷水解（GH）是此类分散剂之一。GH 是一大类酶，它催化多糖内部不同键的，为 EPS 提供结构完整性。我们的小组，以及其他人，已经表明，GH可以有效地降解生物膜，诱导分散和提高抗生素疗效的一些不同的细菌物种，无论是体外和体内^{6，7，8，9，10，11。}

随着人们对生物膜分散性的兴趣日益浓厚，开发评估分散疗效的有效方法非常重要。在这里，我们提出了一个详细的协议，用于治疗生物膜相关伤口感染与分散剂在小鼠，并评估分散效力， 在体内 和 前活体。总体目标是提供有效的方法，可用于前科模型，以有效和高效地测量生物膜的分散。

在这些研究中使用了一种穆林手术切除感染模型来建立与生物膜相关的感染。我们使用这个模型已超过15年，并广泛发表我们的观察^{7，9，12，13，14，15，16，17，18，19，20，21。}一般来说，这是一种非致命性感染模式，细菌保持局部化到病床上，并且与生物膜相关（在EPS包围的聚合物中看到的细菌），建立一种持续长达3周的慢性感染。然而，如果小鼠免疫功能低下（例如1型糖尿病），它们可能更容易在这种模式下出现致命的全身感染。

在这份报告中，我们提供了评估细菌从伤口中传播的协议，无论是体内还是前体内。这两种协议都可用于检查分散剂的功效，并有自己的长处和短处。例如，评估体内的分散性可以提供重要的实时信息，说明细菌在分散后扩散到身体其他部位，以及宿主的反应。另一方面，评估分散前活体可能更可取地筛选多种制剂、剂量或配方，因为组织可以分为多个部分，可以单独测试，从而减少所需的小鼠数量。在评估多个制剂时，我们通常测量分散首先体外，如前所述^{的6，9，22。}然后，我们测试最有效的前活体和储备在体内测试为有限的数量非常有前途的代理。

Protocol

该动物协议由得克萨斯理工大学健康科学中心机构动物护理和使用委员会（协议编号07044）审查和批准。这项研究是严格按照《国家卫生研究院实验室动物护理和使用指南》中的建议进行的。 1. 为小鼠感染准备细菌 注：在这里，我们描述感染小鼠只与 伪多莫纳斯阿鲁吉诺萨。然而，其他细菌物种可能被用来引起感染。细菌菌株和材料详见 材?…

Representative Results

在这个实验中，8-10周大的瑞士雌性韦伯斯特小鼠感染了携带发光质粒pQF50-lux的PAO1的104 个CFU。如上所述，感染允许建立48小时之前，管理3×30分钟的治疗PBS（车辆控制）或10%GH（治疗），以消化生物膜EPS。小鼠在治疗后（0 h）和治疗后10小时和20小时进行成像预处理。 图2A 和 补充图1 显示伤口内已建立的感染，产生明亮的生物发光信号。GH 治疗 （0 h） 后?…

Discussion

在这里，我们描述了可用于研究生物膜分散剂功效的协议。这些协议可以很容易地适应使用不同类型的分散剂，细菌物种或前活体样本，包括临床脱尿样本。该协议还提供了一个临床相关的模型，以收集和研究分散的细菌细胞。分散细菌细胞的表型已证明与浮石或生物膜细胞^{5、24、25、26}的表型…

Materials

1.5 mL microcentrifuge tube	Fisher	14823434	Use to complete serial dilutions of samples
25G 58 in needle	Fisher	14823434	Attaches to 1 mL syringe
Ampicillin Sodium Salt	Fisher	BP1760-5	Make a 50 mg/ mL stock solution and add 100 µL to 10 mL of LB broth for both overnight and subculture
Amylase	MP Biomedicals	2100447	Make a 5% w/v solution, vortex- other dispersal agents can be used
Buprenorphine SR-LAB 5 mL (1 mg/mL)	ZooPharm	RX216118	Use as pain mainagement- may use other options
Cellulase	MP Biomedicals	2150583	Add 5% w/v to the 5% w/v amylase solution, vortex, activate at 37 °C for 30 min- other dispersal agents can be used
Depilatory cream	Walmart	287746	Use a small amount to massage into the hair follicles on the back of the animal and allot 10 min to remove hair
Dressing Forceps, Serrated Tips	Fisher	12-460-536	Can use other forms of forceps
Erlenmeyer flasks baffled 125 mL	Fisher	101406	Use to grow overnights and sub-cultures of bacteria
FastPrep-24 Benchtop Homogenizer	MP Biomedicals	6VFV9	Use 5 m/s for 60 s two times to homogenize tissue
Fatal Plus	Vortech Pharmaceuticals	0298-9373-68	Inject 0.2 mL intraperitaneal for each mouse
Homogenizing tubes (Bead Tube 2 mL 2.4 mm Metal)	Fisher	15340151	Used to homogenize samples for plating
Isoflurane	Diamond Back Drugs
Ketamine hydrochloride/xylazine hydrochloride solution C-IIIN	Sigma Aldrich	K4138	Use as anasethia- other options can also be utilized to gain a surgical field of anasethia
LB broth, Miller	Fisher	BP1426-2	Add 25 g/L and autoclave
Lidocaine 2% Injectable	Diamond Back Drugs	2468	Inject 0.05 mL through the side of the marked wound bed area so it is deposited in the center of the mark. Allot 10 min prior to cutting
Meropenem	Sigma Aldrich	PHR1772-500MG	Make 5 mg/mL to add to the GH solution to apply topically and a 15 mg/mL solution to inject intraperitaneal 4 h prior and 6 h post-treatment
Non-sterile cotton gauze sponges	Fisher	13-761-52	Use to remove the depilatory cream
PAO1 pQF50-lux bacterial strain	Ref [13]	N/A	PAO1 pgF50-lux was used as the P. aeruginosa strain of interest in this paper's representative results
Petri dishes	Fisher	PHR1772-500MG
Phosphate Buffer Saline 10x	Fisher	BP3991	Dilute 10x to 1x prior to use
Polyurethane dressing	Mckesson	66024007	Cut the rounded edge off and cut the remaining square into 4 equal sections
Pseudomonas isolation agar	VWR	90004-394	Add 20 mL/L of glycerol and 45 g/mL to water, autoclave, and pour 20 mL into petri dishes
Refresh P.M.	Walmart		Use on eyes to reduce dryness during procedure.
Sterile Alcohol Prep Pads	Fisher	22-363-750	Use to clean the skin immediately prior to wounding to disinfect the area
Straight Delicate Scissors	Fisher	89515	Can also use curved scissors
Swiss Webster mice	Charles River	551NCISWWEB	Other mice strains can be used
Syring Slip Tip 1 mL	Fisher	14823434	Used to administer drugs and enzyme treatment