Infezione di apparato urinario in un modello animale piccolo: cateterizzazione transuretrale di topi maschi e femmine
Summary
Il modello stabilito di cateterizzazione transuretrale dei topi permette lo studio delle patologie della vescica, compreso l’infezione delle vie urinarie, ma può essere eseguito solo nelle femmine. Un nuovo modello di maschio instillazione transuretrale, qui presentato, consentirà la ricerca in un’area segnata da forti differenze cliniche ed epidemiologiche tra i sessi.
Abstract
Infezioni del tratto urinario (UTI) sono estremamente comuni in tutto il mondo, incorrere in spese associate all’assistenza sanitaria e morbosità significativa. Piccoli modelli animali, che riflettano la progressione e l’istituzione di malattia, consentono la dissezione delle interazioni ospite-patogeno e generazione di immunità all’infezione. Nei topi, instillazione intravescicale di uropathogenic Escherichia coli, l’agente causativo in più dell’85% della Comunità acquisito UTI, ricapitola molte delle fasi di infezione osservati in esseri umani. Fino a poco tempo, tuttavia, UTI potrebbe solo essere modellati in animali di sesso femminile. Questa limitazione ha ostacolato lo studio delle differenze sesso-correlate in UTI, così come altre patologie della vescica, come il cancro. Qui, descriviamo un metodo per infondere di topo maschio che permette il confronto diretto tra gli animali femminili e maschili e fornire un protocollo dettagliato per valutare il tessuto della vescica mediante citometria a flusso come un mezzo per comprendere meglio la risposta dell’ospite all’infezione. Insieme, questi approcci saranno di aiuto nell’identificazione di fattori dell’ospite che contribuiscono a pregiudizi di sesso osservati in UTI e altre malattie della vescica-collegate.
Introduction
Infezioni del tratto urinario (UTI) sono una delle infezioni più comuni nei paesi sviluppati1. Tassi di infezione sono simili tra femmine e maschi tra i neonati e gli anziani2. Donne di età premenopausa, tuttavia, hanno un’incidenza notevolmente aumentata di comunità-acquistata UTI rispetto a uomini2,3. Dato che questa malattia influisce principalmente donne, ricerca fondamentale e clinica è prevalentemente concentrata sulla UTI nelle femmine. Tuttavia, UTI negli uomini è una sfida significativa e understudied assistenza sanitaria4. Infatti, poiché UTI negli uomini sono associati con la morbosità più alto, queste infezioni sono ordinariamente definite come complicato4,5.
Come si evolve la nostra comprensione del ruolo centrale delle polarizzazioni di sesso in fisiologia e patologia, nuovi metodi sono necessari per esplorare questo aspetto precedentemente trascurato della malattia. Le differenze del sesso gioca un ruolo essenziale nell’immunità e infezione; le femmine hanno la più alta incidenza della malattia autoimmune, mentre i maschi sono più suscettibili alle infezioni, come la tubercolosi, la malaria e HIV6,7. Cancro alla vescica, un’altra patologia urologica, è sensibilmente più prevalente negli uomini che nelle donne, e diversi studi hanno dimostrato un ruolo per gli androgeni nello sviluppo di malignità8,9,10,11 ,12. In particolare, tuttavia, indagine intravesical terapie per cancro alla vescica è realizzata esclusivamente in animali di sesso femminile, a causa dell’incapacità di cateterismo ripetutamente topo maschio13.
Lo studio della patogenesi UTI si basa pesantemente su modelli del roditore di infezione (per esempio, topi e ratti). Modelli murini di UTI possono impiegare uropathogens originariamente isolato da infezioni umane, come ad esempio uropathogenic Escherichia coli (UPEC), Klebsiella, enterococco, stafilococcoo Proteus14. In genere, i batteri vengono introdotti nella cateterizzazione della vescica tramite l’uretra. Dopo l’infezione, vesciche e reni può essere rimosso per valutare i parametri specifici di infezione, come colonizzazione batterica, danni ai tessuti o host risposta immunitaria15,16. Universalmente, tuttavia, solo gli animali femminili sono utilizzati per la ricerca UTI. Infatti, molti studi hanno notato che, per ragioni anatomiche, la cateterizzazione di topo maschio non è possibile13,17,18,19. Più recentemente, è stato descritto un approccio chirurgico per instillazione maschile, in cui l’addome è aperto, la vescica è spostata esternamente applicando leggera pressione all’apertura nell’addome e batteri vengono iniettati nella vescica20. Questo approccio consente a infezione maschio, a costo di intervento chirurgico. Così, un avvertimento importante di questo approccio include l’influenza della infiammazione, sul risultato di infezione, come il potenziale di indurre una risposta antinfiammatoria di guarigione all’ incisione21. Come i nostri interessi vi sono la comprensione bias di sesso in risposta alla malattia, abbiamo sviluppato un metodo di instillazione intravescicale batterica in di topo maschio che rispecchia maggiormente l’approccio transuretrale non chirurgica consolidata utilizzato in femminile roditori22 .
Il nostro modello si basa su una metodologia consolidata e offre la possibilità di confrontare direttamente la risposta immunitaria a UTI in animali maschili e femminili. Questo metodo verrà permesso di dissezione delle differenze basate sul sesso nell’infezione e potenzialmente offrire indizi molecolari e cellulari delle pronunciate differenze nella suscettibilità e risposta all’infezione tra i sessi. Inoltre, questo modello ha valore di là di studi UTI, permettendo la creazione di modelli per studiare altre malattie di vescica-collegate, ad esempio cancro alla vescica, prostatite, sindrome della vescica a sotto – o sovra – attivo e cistite interstiziale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Transuretrale instillazione di topo maschio offre molte nuove opportunità di ricerca sull’influenza del sesso sui malattia mucosa della vescica, ma anche presenta varie sfide. Innanzitutto, una limitazione è che l’instillazione inizialmente può risultare per essere tecnicamente difficile, con conseguente eccessiva infiammazione durante l’inserimento del catetere. Miglioramento nella tecnica può essere raggiunto tramite l’instillazione di topi morti con una soluzione colorata, come colorante blu di Evans. Per conferma…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo il Dr Matthieu Rousseau per lettura critica del manoscritto e il laboratorio di immunologia-dendritiche per loro spunti utili durante lo sviluppo di questo progetto e protocollo. Questo lavoro è stato in parte sostenuto da finanziamenti dall’Unione europea settimo quadro programma Marie Curie azione (PCIG11-GA-2012-3221170 e la Immuno-oncologia LabEx (MAI).
Materials
| BD Insyte Autoguard Shielded IV Catheters 24G, 0.7 mm external diameter, 14 mM long | BD Medical | 381811 or 381411* | * catalog number is country-dependent |
| inoculating loop | Greiner Bio-One | 731171 | |
| LB Miller broth | Difco | 244620 | |
| LB Miller agar | Difco | 244520 | |
| Cuvettes | Bio-rad | 223-9955 | |
| syringes | B Braun | 9166017V | |
| Thumb (Adson) forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| 5 mL tubes, polypropylene | Falcon | 352063 | |
| Tissue Ruptor disposable probes | Qiagen | 990890 | |
| 15 mL flip cap tubes | Thermo Scientific | 362694 | |
| DNAse | Invitrogen | 18047019 | |
| Liberase TM | Sigma-Aldrich | 5401119001 | should be aliquotted and stored at -20 °C to avoid repeated freeze-thaw |
| 100 µM MACS SmartStrainers | Miltenyi | 130-098-463 | compatible with 15 mL tubes, preferred |
| 100 µm cell strainers | Falcon | 352360 | compatible with 50 mL tubes, if MACS Smart Strainers are not available |
| 96 well plate | Falcon | 353077 | |
| Fc block | BD Pharmingen | 553142 | anti-CD16/CD32 |
| anti-mouse CD45 antibody | BD Biosciences | 561487 | many different fluorescent conjugation options are available |
| 5 mL tubes polystyrene with filter cap | Falcon | 352235 | |
| insulin syringe | Terumo | BS05M2913 | |
| hand held homogenizer | Qiagen | 9001272 | TissueRuptor |
| flow cytometer | BD Biosciences | N/A | Fortessa SORP |
| Flow cytometry software | BD Biosciences | N/A | Diva |
Referências
- Hooton, T. M., Stamm, W. E. Diagnosis and treatment of uncomplicated urinary tract infection. Infect Dis Clin North Am. 11 (3), 551-581 (1997).
- Harper, M., Fowlis, G. Management of urinary tract infections in men. Trends in Urology, Gynaecology & Sexual Health. 12 (1), 30-35 (2007).
- Foxman, B. The epidemiology of urinary tract infection. Nat Rev Urol. 7 (12), 653-660 (2010).
- Lipsky, B. A. Urinary tract infections in men. Epidemiology, pathophysiology, diagnosis, and treatment. Ann Intern Med. 110 (2), 138-150 (1989).
- Conway, L. J., Carter, E. J., Larson, E. L. Risk Factors for Nosocomial Bacteremia Secondary to Urinary Catheter-Associated Bacteriuria: A Systematic Review. Urol Nurs. 35 (4), 191-203 (2015).
- Markle, J. G., Fish, E. N. SeXX matters in immunity. Trends Immunol. 35 (3), 97-104 (2014).
- Yu, C. Y., Whitacre, C. C. Sex, MHC and complement C4 in autoimmune diseases. Trends Immunol. 25 (12), 694-699 (2004).
- Castelao, J. E., et al. Gender- and smoking-related bladder cancer risk. J Natl Cancer Inst. 93 (7), 538-545 (2001).
- Donsky, H., Coyle, S., Scosyrev, E., Messing, E. M. Sex differences in incidence and mortality of bladder and kidney cancers: national estimates from 49 countries. Urol Oncol. 32 (1), 40-e31 (2014).
- Garg, T., et al. Gender Disparities in Hematuria Evaluation and Bladder Cancer Diagnosis: A Population-Based Analysis. J Urol. , (2014).
- Dobruch, J., et al. Gender and Bladder Cancer: A Collaborative Review of Etiology, Biology, and Outcomes. Eur Urol. , (2015).
- Hsu, J. W., et al. Decreased tumorigenesis and mortality from bladder cancer in mice lacking urothelial androgen receptor. Am J Pathol. 182 (5), 1811-1820 (2013).
- El Behi, M., et al. An essential role for decorin in bladder cancer invasiveness. EMBO Mol Med. 5 (12), 1835-1851 (2013).
- Foxman, B. Epidemiology of urinary tract infections: incidence, morbidity, and economic costs. Am J Med. 113, 05S-13S (2002).
- Ingersoll, M. A., Kline, K. A., Nielsen, H. V., Hultgren, S. J. G-CSF induction early in uropathogenic Escherichia coli infection of the urinary tract modulates host immunity. Cell Microbiol. 10 (12), 2568-2578 (2008).
- Mora-Bau, G., et al. Macrophages Subvert Adaptive Immunity to Urinary Tract Infection. PLoS Pathog. 11 (7), e1005044 (2015).
- Oliveira, P. A., et al. Technical Report: Technique of Bladder Catheterization in Female Mice and Rats for Intravesical Instillation in Models of Bladder Cancer. (Conference Title)39th Scand-LAS and ICLAS Joint Meeting. 36, 5-9 (2009).
- Seager, C. M., et al. Intravesical delivery of rapamycin suppresses tumorigenesis in a mouse model of progressive bladder cancer. Cancer Prev Res (Phila). 2 (12), 1008-1014 (2009).
- Hagberg, L., et al. Ascending, unobstructed urinary tract infection in mice caused by pyelonephritogenic Escherichia coli of human origin). Infect Immun. 40 (1), 273-283 (1983).
- Olson, P. D., Hruska, K. A., Hunstad, D. A. Androgens Enhance Male Urinary Tract Infection Severity in a New Model. J Am Soc Nephrol. , (2015).
- Knipper, J. A., et al. Interleukin-4 Receptor alpha Signaling in Myeloid Cells Controls Collagen Fibril Assembly in Skin Repair. Immunity. 43 (4), 803-816 (2015).
- Hung, C. S., Dodson, K. W., Hultgren, S. J. A murine model of urinary tract infection. Nat Protoc. 4 (8), 1230-1243 (2009).
- Wright, K. J., Seed, P. C., Hultgren, S. J. Development of intracellular bacterial communities of uropathogenic Escherichia coli depends on type 1 pili. Cell Microbiol. 9 (9), 2230-2241 (2007).
