Periprotetisk ledinfektion (PJI) orsakad av farliga patogener är vanligt inom klinisk ortopedi. Befintliga djurmodeller kan inte exakt simulera den verkliga situationen för PJI. Här etablerade vi en Candida albicans biofilm-associerad PJI-musmodell för att forska och utveckla nya terapier för PJI.
Periprotetisk ledinfektion (PJI) är en av de vanligaste infektionerna som orsakas av Candida albicans (C. albicans), vilket i allt högre grad oroar kirurger och forskare. I allmänhet bildas biofilmer som kan skydda C. albicans från antibiotika och immunclearance på infektionsstället. Kirurgi som involverar avlägsnande av det infekterade implantatet, debridering, antimikrobiell behandling och reimplantation är guldstandarden för behandling av PJI. Att etablera PJI-modeller för djur är därför av stor betydelse för forskning och utveckling av nya läkemedel eller terapier för PJI. I denna studie sattes en slät nickel-titanlegeringstråd, ett allmänt använt implantat på ortopediska kliniker, in i lårbensleden på en C57BL/6-mus innan C. albicans inokulerades i ledhålan längs tråden. Efter 14 dagar observerades mogna och tjocka biofilmer på ytan av implantat under ett svepande elektroniskt mikroskop (SEM). En signifikant reducerad bentrabekel hittades vid H&E-färgning av de infekterade ledproverna. Sammanfattningsvis etablerades en PJI-modell för möss med fördelarna med enkel användning, hög framgångsrik hastighet, hög repeterbarhet och hög klinisk korrelation. Detta förväntas bli en viktig modell för kliniska studier av C. albicans biofilmrelaterade PJI-prevention.
Candida albicans (C. albicans) finns i många delar av människokroppen1, som också är den vanligaste opportunistiska patogenen som orsakar livshotande invasiva svampinfektioner, särskilt hos immunsupprimerade patienter 2,3. C. albicans kan transformeras mellan jäst- och myceltillstånd som en polymorf svamp. Myceltillståndet uppvisar högre virulens, starkare vidhäftning och invasion av celler och vävnader 4,5. Dessutom kan C. albicans bilda biofilmer på ytorna av biomedicinska material som proteser, katetrar och stentar 1,6,7. Den täta tredimensionella strukturen av biofilmer begränsar infiltrationen av svampdödande läkemedel, uttrycker läkemedelsresistenta gener och nedreglerar svampcellernas metabolism för att motstå immunsystemets eliminering 6,7. Därför är biofilmsrelaterade infektioner ganska utmanande på kliniker8.
Staphylococcus aureus, koagulasnegativa stafylokocker och enterobacter är de viktigaste patogenerna som orsakar PJI9. Även om incidensen av svamp-PJI är relativt låg (cirka 1 %)10, är behandlingskostnaden för svamp-PJI högre11, behandlingscykeln är längre11 och behandlingsframgången är lägre10 än bakteriell PJI. Under de senaste åren har förekomsten av svamp PJI ökat år för år10. Candida PJI står för 77%-84% av svamp PJI10,12, och C. albicans är den vanligaste i Candida (54%). Därför behöver svamp-PJI studeras.
För närvarande behandlas PJI via revisionskirurgi genom att (1) ta bort det infekterade implantatet, (2) debridering, (3) antimikrobiell behandling och (4) reimplantation. Efter noggrann debridering placeras ett antibiotikum innehållande bencement och patienten behandlas med antibiotika systemiskt i mer än 6 veckor för att effektivt kontrollera infektionen innan ett nytt implantat sätts in13. Denna metod kan dock inte helt eliminera patogener i vävnader, och återkommande infektioner som behandlas med långvarig antimikrobiell behandling kommer med stor sannolikhet att utvecklas i läkemedelsresistenta stammar 14,15,16.
Att etablera djurmodeller av PJI är viktigt för forskning och utveckling av nya läkemedel eller terapier för PJI. Vid utvecklingen av PJI bildas stora döda utrymmen runt protesen, vilket leder till bildandet av hematom, vilket ytterligare blockerar blodtillförseln till de omgivande vävnaderna och försämrar effekten av antibiotika11,15. På grund av svårigheten att efterlikna protesens omgivande miljö kan traditionella djurmodeller inte exakt simulera den faktiska situationen för PJI17,18.
I denna artikel konstruerades en C. albicans biofilm-associerad PJI-modell i möss genom att använda en kliniskt allmänt använd titan-nickeltråd för att simulera ledimplantat19,20. Denna PJI-modell uppvisar fördelarna med enkel användning, hög framgångsrik hastighet, hög repeterbarhet och hög klinisk korrelation. Det förväntas bli en viktig modell för att studera prevention och behandling av C. albicans biofilmrelaterade PJI.
Infektionen som orsakas av kontaminering av kirurgiska instrument eller den kirurgiska miljön under operationen är den främsta orsaken till de flesta implantatinfektioner 24,25,26,27. Därför konstruerades en biofilm-relaterad PJI-modell från möss i denna studie. Jämfört med den traditionella PJI-modellen där sterila partiklar av rostfritt stål suspenderade i saltlösning anv…
The authors have nothing to disclose.
Vi är tacksamma för det ekonomiska stödet från Natural Science Foundation of Shaanxi Province (anslagsnummer 2021SF-118) och National Natural Science Foundation of China (anslagsnummer 81973409, 82204631).
0.5 Mactutrius turbidibris | Shanghai Lujing Technology Co., Ltd | 5106063 | |
4 °C refrigerator | Electrolux (China) Electric Co., Ltd | ESE6539TA | |
Agar | Beijing Aoboxing Bio-tech Co., Ltd | 01-023 | |
Analytical balances | Shimadzu | ATX124 | |
Autoclaves Sterilizer | SANYO | MLS-3750 | |
Carbenicillin | Amresco | C0885 | |
Eclipse Ci Nikon upright optical microscope | Nikon | Eclipse Ts2-FL | |
Glucose | Macklin | D823520 | |
Inoculation ring | Thermo Scientific | 251586 | |
Isoflurane | RWD | 20210103 | |
NaCl | Xi'an Jingxi Shuanghe Pharmaceutical Co., Ltd | 20180108 | |
Paraformaldehyde | Beyotime Biotechnology | P0099 | |
Peptone | Beijing Aoboxing Bio-tech Co., Ltd | 01-001 | |
RWD R550 multi-channel small animal anesthesia machine | RWD | R550 | |
SEM | Hitachi | TM-1000 | |
Temperature incubator | Shanghai Zhichu Instrument Co., Ltd | ZQTY-50N | |
Ultrapure water water generator | Heal Force | NW20VF | |
Ultrasound machine | Do-Chrom | DS10260D | |
Yeast extract | Thermo Scientific Oxoid | LP0021B |