En kateterrelatert Candida albicans infeksjonsmodell i mus
Summary
Vi etablerer en musemodell av C.albicans-assosiert kateterrelatert infeksjon (CRI), der biofilm dannes på kateteret, og interaksjonen mellom C.albicans og vert korrelerer godt med klinisk CRI. Denne modellen hjelper til med å skjerme terapier for C.albicans biofilm-assosierte CRI, og legger grunnlaget for klinisk transformasjon.
Abstract
Kateterrelatert infeksjon (CRI) er en vanlig nosokomial infeksjon forårsaket av candida albicans under kateterimplantasjon. Vanligvis dannes biofilmer på kateterets ytre overflate og fører til spredte infeksjoner, som er dødelige for pasienter. Det finnes ingen effektiv forebyggings- og behandlingsbehandling i klinikker. Derfor er det presserende å etablere en dyremodell av CRI for preklinisk screening av nye strategier for forebygging og behandling. I denne studien ble et polyetylenkateter, et mye brukt medisinsk kateter, satt inn på baksiden av BALB / c-musene etter hårfjerning. Candida albicans ATCC MYA-2876 (SC5314) som uttrykker forsterket grønt fluorescerende protein ble deretter inokulert på hudens overflate langs kateteret. Intens fluorescens ble observert på overflaten av kateteret under et fluorescerende mikroskop 3 dager senere. Modne og tykke biofilmer ble funnet på overflaten av kateteret ved skanning elektronmikroskopi. Disse resultatene indikerte adhesjon, kolonisering og biofilmdannelse av candida albicans på overflaten av kateteret. Hyperplasi av epidermis og infiltrasjon av inflammatoriske celler i hudprøvene indikerte histopatologiske forandringer i den CRI-assosierte huden. For å oppsummere ble en mus CRI-modell etablert. Denne modellen forventes å være nyttig i forskning og utvikling av terapeutisk behandling for candida albicans assosiert CRI.
Introduction
De siste årene, med utvikling og anvendelse av biomedisinske materialer, har implantatrelaterte infeksjoner fremstått som vanskelige kliniske problemer 1,2. Med den brede anvendelsen av medisinske katetre i klinikker, er antall relaterte infeksjoner og dødsfall stort hvert år 3,4. De vanlige infeksjonsveiene til en kateterrelatert infeksjon (CRI) inkluderer: (1) patogener på overflaten av huden infiltrerer i kroppen og fester seg til kateterets ytre overflate 5,6,7; (2) feilaktige aseptiske operasjonsavledede patogener invaderer, fester seg og koloniserer på kateteret; (3) patogener i blodsirkulasjonen fester seg og koloniserer på kateteret; (4) legemidler forurenset av patogen mikroorganisme.
Candida er den tredje vanligste årsaken til CRI 8,9. Det er svært sannsynlig å forårsake infeksjon i blodet og annen livstruende invasiv candidiasis etter at biofilmer er dannet på overflaten av implantatet. Prognosen er dårlig, og dødeligheten er høy2. Det er rapportert at biofilm dannes på overflaten av kateteret innen 2 uker etter innsetting av sentralvenøs og i kateterets lumen noen uker senere10,11.
Candida albicans (C. albicans) biofilmer dannet på medisinske katetre viser et dobbeltlagsnettverk bestående av gjær, stroma og mycelium12,13. Dannelsen av C. albicans biofilm er ikke bare en nøkkel for stoffresistens og immununnvikelse13, men også viktig for å produsere spredte sporer, noe som fører til ytterligere hematogen infeksjon 2,12 og resulterer i mer alvorlige og til og med livstruende konsekvenser. C. albicans-assosiert CRI er en viktig årsak til kliniske soppinfeksjoner 7,14, og mer enn 40% av pasientene med C. albicans-infeksjon i det sentrale venekateteret vil utvikle seg til bakteriemi15.
Ifølge Infectious Disease Society of America, inkluderer den anbefalte behandlingen av Candida CRI (1) fjerning av det infiserte kateteret; (2) utsette pasientene for en 14 dagers systemisk antifungal behandling8; (3) reimplantere et nytt kateter4. Men i kliniske applikasjoner kan katetre ikke fjernes helt noen ganger. Noen pasienter kan bare behandles med systemisk antibiotika og antimikrobiell låseterapi, ledsaget av sterke bivirkninger16,17.
Eksisterende dyremodeller av C. albicans, som orofaryngeal candidiasis-modellen, vaginal candidiasis-modellen og invasiv systemisk infeksjonsmodell forårsaket av candidiasis18,19, kan ikke korrelere godt med den kliniske CRI. I denne studien ble det derfor etablert en C. albicans-assosiert CRI-modell hos mus. Klinisk vanlig brukte polyetylenkatetre ble brukt som subkutane implantater20,21, og C. albicans ble inokulert på hudoverflaten for å simulere adhesjon av C. albicans til medisinske katetre og dannelse av biofilmer.
Denne modellen har blitt brukt med hell i vårt laboratorium for å screene anti-biofilmeffekten av forskjellige terapier22. I tillegg, på grunn av lag-deteksjon av C. albicans etter kateterinfeksjon, ble en C. albicans-stamme inneholdende forbedret grønt fluorescerende protein (EGFP) konstruert og inokulert hos mus for å lette den intuitive observasjonen av koloniene og biofilmene av C. albicans på det implanterte kateteret.
Protocol
Representative Results
Discussion
CRI er en av de vanligste nosokomiale infeksjonene i klinisk praksis23. Patogener i hudvedhengene, som epidermis, talgkjertler og hårsekker, er alle mulige årsaker til CRI23,24. Candida er det tredje største patogenet som forårsaker CRI, der Candida albicans var den vanligste typen biofilminfeksjon25,26. Derfor hadde vi som mål å bygge en relevant dyremodell…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi er takknemlige for den økonomiske støtten fra Natural Science Foundation of Shaanxi Province (tilskuddsnummer 2021SF-118) og National Natural Science Foundation of China (tilskuddsnummer 81973409, 82204631).
Materials
| 0.5 Mactutrius turbidibris | Shanghai Lujing Technology Co., Ltd | 5106063 | |
| 2.5% glutaraldehyde fixative solution | Xingzhi Biotechnology Co., Ltd | DF015 | |
| 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 | |
| Butanol | Tianjin Chemio Reagent Co., Ltd | 200-889-7 | |
| Carbenicillin | Amresco | C0885 | |
| Eclipse Ci Nikon upright optical microscope | Nikon | Eclipse Ts2-FL | |
| Glucose | Macklin | D823520 | |
| Inoculation ring | Thermo Scientific | 251586 | |
| Isoflurane | RWD | 20210103 | |
| Paraformaldehyde | Beyotime Biotechnology | P0099 | |
| PAS dye kit | Servicebio | G1285 | |
| Peptone | Beijing Aoboxing Bio-tech Co., Ltd | 01-001 | |
| Polyethylene catheter | Shining Plastic Mall | PE100 | |
| 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 | |
| Xylene | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10023428 | |
| Yeast extract | Thermo Scientific Oxoid | LP0021B |
References
- Kojic, E. M., Darouiche, R. O. Candida infections of medical devices. microbiology reviews. 17 (2), 255-267 (2004).
- Giri, S., Kindo, A. J. A review of Candida species causing blood stream infection. Indian Journal of Medical Microbiology. 30 (3), 270-278 (2012).
- Weinstein, R. A., Darouiche, R. O. Device-associated infections: A macroproblem that starts with microadherence. Clinical Infectious Diseases. 33 (9), 1567-1572 (2001).
- Mermel, L. A., et al. Guidelines for the management of intravascular catheter-related infections. Clinical Infectious Diseases. 32 (9), 1249-1272 (2001).
- Seidler, M., Salvenmoser, S., Müller, F. -. M. C. In vitro effects of micafungin against Candida biofilms on polystyrene and central venous catheter sections. International Journal of Antimicrobial Agents. 28 (6), 568-573 (2006).
- Chaves, F., et al. Diagnosis and treatment of catheter-related bloodstream infection: Clinical guidelines of the Spanish Society of Infectious Diseases and Clinical Microbiology and (SEIMC) and the Spanish Society of Spanish Society of Intensive and Critical Care Medicine and Coronary Units (SEMICYUC). Medicina Intensiva. 42 (1), 5-36 (2018).
- Raad, I. I., Bodey, G. P. Infectious complications of indwelling vascular catheters. Clinical Infectious Diseases. 15 (2), 197-208 (1992).
- Paul DiMondi, V., Townsend, M. L., Johnson, M., Durkin, M. Antifungal catheter lock therapy for the management of a persistent Candida albicans bloodstream infection in an adult receiving hemodialysis. Pharmacotherapy. 34 (7), e120-e127 (2014).
- Bouza, E., Guinea, J., Guembe, M. The role of antifungals against candida biofilm in catheter-related candidemia. Antibiotics (Basel). 4 (1), 1-17 (2014).
- Raad, I., et al. Ultrastructural analysis of indwelling vascular catheters: a quantitative relationship between luminal colonization and duration of placement. The Journal of Infectious Diseases. 168 (2), 400-407 (1993).
- Yousif, A., Jamal, M. A., Raad, I. Biofilm-based central line-associated bloodstream infections. Advances in Experimental Medicine and Biology. 830, 157-179 (2015).
- Douglas, L. J. Candida biofilms and their role in infection. Trends in Microbiology. 11 (1), 30-36 (2003).
- Mack, D., et al. Biofilm formation in medical device-related infection. International Journal of Artificial Organs. 29 (4), 343-359 (2006).
- Schinabeck, M. K., et al. Rabbit model of Candida albicans biofilm infection: liposomal amphotericin B antifungal lock therapy. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 48 (5), 1727-1732 (2004).
- Anaissie, E. J., Rex, J. H., Uzun, O., Vartivarian, S. Predictors of adverse outcome in cancer patients with candidemia. The American Journal of Medicine. 104 (3), 238-245 (1998).
- Fujimoto, K., Takemoto, K. Efficacy of liposomal amphotericin B against four species of Candida biofilms in an experimental mouse model of intravascular catheter infection. Journal of Infection and Chemotherapy. 24 (12), 958-964 (2018).
- Shuford, J. A., Rouse, M. S., Piper, K. E., Steckelberg, J. M., Patel, R. Evaluation of caspofungin and amphotericin B deoxycholate against Candida albicans biofilms in an experimental intravascular catheter infection model. The Journal of Infectious Diseases. 194 (5), 710-713 (2006).
- Koh, A. Y., Köhler, J. R., Coggshall, K. T., Van Rooijen, N., Pier, G. B. Mucosal damage and neutropenia are required for Candida albicans dissemination. PLoS Pathogens. 4 (2), e35 (2008).
- Tucey, T. M., et al. Glucose homeostasis is important for immune cell viability during candida challenge and host survival of systemic fungal infection. Cell Metabolism. 27 (5), 988-1006 (2018).
- Lawrence, E. L., Turner, I. G. Materials for urinary catheters: a review of their history and development in the UK. Medical Engineering & Physics. 27 (6), 443-453 (2005).
- Schumm, K., Lam, T. B. Types of urethral catheters for management of short-term voiding problems in hospitalized adults: a short version Cochrane review. Neurourology and Urodynamics. 27 (8), 738-746 (2008).
- Mo, F., et al. Development and evaluation of a film forming system containing myricetin and miconazole nitrate for preventing candida albicans catheter-related infection. Microbial Drug Resistance. 28 (4), 468-483 (2022).
- Balikci, E., Yilmaz, B., Tahmasebifar, A., Baran, E. T., Kara, E. Surface modification strategies for hemodialysis catheters to prevent catheter-related infections: A review. Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials. 109 (3), 314-327 (2021).
- María, L. T., Alejandro, G. S., María Jesús, P. G. Central venous catheter insertion: Review of recent evidence. Best Practice & Research. Clinical Anaesthesiology. 35 (1), 135-140 (2021).
- Kojic, E. M., Darouiche, R. O. Candida infections of medical devices. Clinical Microbiology Reviews. 17 (2), 255-267 (2004).
- He, Y., et al. Retrospective analysis of microbial colonization patterns in central venous catheters, 2013-2017. Journal of Healthcare Engineering. 2019, 8632701 (2019).
- Mo, F., et al. In vitro and in vivo effects of the combination of myricetin and miconazole nitrate incorporated to thermosensitive hydrogels on C. albicans biofilms. Phytomedicine. 71, 153223 (2020).
- Cantón-Bulnes, M. L., Garnacho-Montero, J. Practical approach to the management of catheter-related bloodstream infection. Revista Espanola de Quimioterapia. 32 Suppl 2 (Suppl 2), 38-41 (2019).
- Böhlke, M., Uliano, G., Barcellos, F. C. Hemodialysis catheter-related infection: prophylaxis, diagnosis and treatment. The Journal of Vascular Access. 16 (5), 347-355 (2015).
- Fang, X., et al. Effects of different tissue specimen pretreatment methods on microbial culture results in the diagnosis of periprosthetic joint infection. Bone & Joint Research. 10 (2), 96-104 (2021).
- Naumenko, Z. S., Silanteva, T. A., Ermakov, A. M., Godovykh, N. V., Klushin, N. M. Challenging diagnostics of biofilm associated periprosthetic infection in immunocompromised patient: A clinical case. Open Access Macedonian Journal of Medical Sciences. 7 (5), 786-790 (2019).
- Cai, Y., et al. Metagenomic next generation sequencing improves diagnosis of prosthetic joint infection by detecting the presence of bacteria in periprosthetic tissues. International Journal of Infectious Diseases. 96, 573-578 (2020).
- Samanipour, A., Dashti-Khavidaki, S., Abbasi, M. R., Abdollahi, A. Antibiotic resistance patterns of microorganisms isolated from nephrology and kidney transplant wards of a referral academic hospital. Journal of Research in Pharmacy Practice. 5 (1), 43-51 (2016).
- Huang, G., Huang, Q., Wei, Y., Wang, Y., Du, H. Multiple roles and diverse regulation of the Ras/cAMP/protein kinase A pathway in Candida albicans. Molecular Microbiology. 111 (1), 6-16 (2019).
- Garlito-Díaz, H., et al. A new antifungal-loaded sol-gel can prevent candida albicans prosthetic joint infection. Antibiotics (Basel). 10 (6), 711 (2021).
