Катетер-ассоциированная модель инфекции Candida albicans у мышей
Summary
Мы создали мышиную модель катетер-ассоциированной инфекции (CRI), связанной с C.albicans, при которой на катетере образуется биопленка, а взаимодействие между C.albicans и хозяином хорошо коррелирует с клиническим CRI. Эта модель помогает проводить скрининг терапии для биопленкоассоциированных CRI, связанных с C.albicans , закладывая основу для клинической трансформации.
Abstract
Катетер-ассоциированная инфекция (CRI) является распространенной внутрибольничной инфекцией, вызываемой Candida albicans во время имплантации катетера. Как правило, биопленки образуются на внешней поверхности катетера и приводят к диссеминированным инфекциям, которые приводят к летальному исходу для пациентов. В клиниках отсутствует эффективная профилактика и ведение лечения. Поэтому необходимо срочно создать животную модель КРИ для доклинического скрининга новых стратегий его профилактики и лечения. В этом исследовании полиэтиленовый катетер, широко используемый медицинский катетер, был введен в заднюю часть мышей BALB/c после удаления волос. Кандида белая (Candida albicans) ATCC MYA-2876 (SC5314), экспрессирующий усиленный зеленый флуоресцентный белок, впоследствии инокулировали на поверхность кожи вдоль катетера. Интенсивная флуоресценция наблюдалась на поверхности катетера под флуоресцентным микроскопом через 3 суток. Зрелые и толстые биопленки были обнаружены на поверхности катетера с помощью сканирующей электронной микроскопии. Эти результаты указывали на адгезию, колонизацию и образование биопленки Candida albicans на поверхности катетера. Гиперплазия эпидермиса и инфильтрация воспалительных клеток в образцах кожи указывали на гистопатологические изменения CRI-ассоциированной кожи. Подводя итог, можно сказать, что модель CRI мыши была успешно создана. Ожидается, что эта модель будет полезна в исследованиях и разработке терапевтического менеджмента при CRI, ассоциированном с Candida albicans .
Introduction
В последние годы, с развитием и применением биомедицинских материалов, инфекции, связанные с имплантатами, становятся сложными клиническими проблемами 1,2. При широком применении медицинских катетеров в клиниках количество сопутствующих инфекций и смертей ежегодно огромно 3,4. Распространенные пути инфицирования катетер-ассоциированной инфекции (CRI) включают: (1) патогенные микроорганизмы на поверхности кожи проникают в организм и прикрепляются к внешней поверхности катетера 5,6,7; (2) патогенные микроорганизмы, полученные в результате неправильной асептической операции, проникают, прилипают и колонизируются на катетере; (3) болезнетворные микроорганизмы в кровотоке прикрепляются и колонизируются на катетере; (4) лекарственные средства, контаминированные патогенными микроорганизмами.
Кандидоз является третьей по частоте причиной CRI 8,9. Очень вероятно, что он вызовет инфекцию кровотока и другие опасные для жизни инвазивные кандидозы после того, как на поверхности имплантата образуются биопленки. Прогноз неблагоприятный, а летальность высокая2. Сообщается, что биопленки образуются на поверхности катетера в течение 2 недель после введения центральной вены и в просвете катетера через несколько недель10,11.
Биопленки Candida albicans (C. albicans), образующиеся на медицинских катетерах, представляют собой двухслойную сеть, состоящую из дрожжей, стромы и мицелия12,13. Образование биопленок C. albicans является не только ключом к лекарственной устойчивости и уклонению от иммунного ответа13, но и жизненно важным для образования диссеминированных спор, что приводит к дальнейшей гематогенной инфекции 2,12 и приводит к более серьезным и даже опасным для жизни последствиям. C. albicans-ассоциированный CRI является основной причиной клинических грибковых инфекций кровотока 7,14, и более чем у 40% пациентов с инфекцией C. albicans в центральном венозном катетере развивается бактериемия15.
По данным Американского общества инфекционных заболеваний, рекомендуемое лечение Candida CRI включает: (1) удаление инфицированного катетера; (2) 14-дневная системная противогрибковая терапия8; (3) реимплантация нового катетера4. Однако в клинической практике катетеры иногда не могут быть полностью удалены. Некоторые пациенты могут лечиться только системными антибиотиками и антимикробной замочной терапией, сопровождающейся сильными побочными эффектами16,17.
Существующие животные модели C. albicans, такие как модель кандидоза ротоглотки, модель вагинального кандидоза и модель инвазивной системной инфекции, вызванной кандидозом18,19, не могут хорошо коррелировать с клиническим CRI. Таким образом, в данном исследовании была установлена модель CRI, ассоциированная с C. albicans, у мышей. В качестве подкожных имплантатов использовали клинически широко используемые полиэтиленовые катетеры20,21, а C. albicans инокулировали на поверхность кожи для имитации адгезии C. albicans к медицинским катетерам и образования биопленок.
Эта модель была успешно использована в нашей лаборатории для скрининга антибиопленочного эффекта различных терапевтических средств22. Кроме того, из-за задержки обнаружения C. albicans после катетерной инфекции был сконструирован штамм C. albicans , содержащий усиленный зеленый флуоресцентный белок (EGFP), и инокулирован мышам, чтобы облегчить интуитивное наблюдение колоний и биопленок C. albicans на имплантированном катетере.
Protocol
Representative Results
Discussion
ХРИ является одной из наиболее распространенных внутрибольничных инфекций в клинической практике23. Патогенные микроорганизмы в придатках кожи, таких как эпидермис, сальные железы и волосяные фолликулы, являются возможными причинами CRI 23,24….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарны за финансовую поддержку Фонду естественных наук провинции Шэньси (номер гранта 2021SF-118) и Национальному фонду естественных наук Китая (грант No 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).
