Injection Intrarénale de<em> Escherichia coli</em> Dans un modèle de rat de pyélonéphrite
Summary
This manuscript describes a rat surgical model of pyelonephritis using direct intra-renal infection by Escherichia coli into the renal pelvis. The experimental procedure can be utilized to study the pathogenesis of pyelonephritis as well as the associated inflammation and fibrosis.
Abstract
Pyelonephritis is a bacterial infection of the kidney and is most commonly caused by Escherichia coli. Recurrent infections can cause significant renal inflammation and fibrosis ultimately resulting in declining kidney function. Before improved clinical management and prevention of pyelonephritis can be instituted, a reliable animal model must be established in order to study the mechanisms of progression, recurrence, and therapeutic efficacy. The transurethral infection model closely mimics human pyelonephritis but exhibits considerable variation due to its reliance on urethral reflux to transport the bacteria to the kidney. Herein, a detailed surgical protocol for performing bacterial injections into the rat renal pelvis is provided and confirmed by non-invasive Magnetic Resonance Imaging (MRI). Using this protocol, animals receive direct exposure to a desired concentration of E. coli bacteria and can fully recover from the surgical procedure with adequate post-operative care. This facilitates subsequent longitudinal MRI assessments of the experimental animal models for comparison with saline (sham) controls. Using this direct delivery approach, the severity of infection is controllable and applicable for mechanistic studies of progression as well as development of novel treatment strategies.
Introduction
Les modèles de rongeurs ont été utilisés pour étudier de nombreuses manifestations de maladies humaines, y compris la pyélonéphrite et les infections urinaires (UTI). Les infections urinaires sont un problème de santé mondial et peuvent avoir un impact sur les enfants, les hommes et les femmes de tous âges. 1 , 2 , 3 La manifestation initiale de l'UTI comprend la cystite, et si l'infection augmente le long de l'urètre, une infection rénale (pyélonéphrite) peut suivre. Dans le même temps, la prévalence du diabète touche environ 400 millions de personnes à travers le monde. 4 , 5 Il est important de noter que l'incidence de l'UTI peut être jusqu'à 4 fois plus élevée chez les patients obèses ou qui ont un diabète de type 2, ce qui entraîne un risque accru d'infection à UTI récurrente (UTI), une septicémie, une fibrose rénale de la pyélonéphrite et un dysfonctionnement de la vessie. 6 , 7 , 8 RongeurLes modèles sont importants dans l'étude des infections urinaires, car les traitements antibiotiques actuels produisent une réponse préventive et soutenue uniquement dans un sous-ensemble de patients atteints d'UTI. Pour améliorer les soins cliniques d'UTI, les étapes clés sont de comprendre le mécanisme de rUTI et ses processus pathophysiologiques, de l'infection aiguë à l'inflammation à la fibrose, ainsi que l'impact du diabète sucré de type 2.
L'objectif d'améliorer les modèles animaux est de développer des techniques permettant une évaluation plus précise de la progression de la maladie et des interventions thérapeutiques. Plusieurs approches différentes ont été utilisées pour induire une pyélonéphrite chez les rats et / ou les souris pour étudier la pathophysiologie des lésions rénales, l'effet du traitement antibiotique et d'autres aspects du cours naturel des infections urinaires. Une approche commune pour établir une UTI rétrograde est le cathétérisme transurétral. 10 , 11 , 12 , 13 </ Sup> Cette méthode introduit des bactéries par l'urètre dans la vessie des animaux anesthésiés. Bien que cette technique simule de près la pyélonéphrite humaine, l'incidence et l'ampleur réelles de l'infection pyélonéphrite peuvent être très variables en raison de multiples facteurs, y compris un manque de reflux urétéral spontané ou de sédiment urinaire pendant ou immédiatement après l'inoculation. 11 En conséquence, la variabilité expérimentale pour induire une infection ascendante de pyélonéphrite peut limiter l'utilité de ce modèle pour étudier les infections rénales ainsi que des stratégies thérapeutiques.
Ce rapport décrit un modèle de rat de pyélonéphrite chirurgicale où E. coli est directement injecté dans le rein du rat. Bien que ce modèle de rat soit envahissant, la quantité d' E. Coli délivrée au rein peut être efficacement contrôlée, ce qui permet une infection et une inflammation rénales rénales. 14 Dans cette procédure, nous décrivons égalementComment ces infections rénales induites peuvent être surveillées longitudinalement avec l'imagerie par résonance magnétique (MRI) in vivo .
Protocol
Representative Results
Discussion
La pyélonéphrite aiguë ascendante chez les rongeurs (c.-à-d. Les souris et les rats) peut être produite par un cathétérisme transurétral. 16 , 17 , 18 Cette méthode d'infection transurétrale est avantageuse en ce qu'elle est non invasive et imite la pathophysiologie humaine de l'infection ascendante. 17 , 18 , …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the support of NIH/NIDDK K12 DK100014 (Lan Lu), the Case Comprehensive Cancer Center (NIH/NCI P30 CA43703), and the Clinical and Translation Science Collaborative of Cleveland (NIH/NCATS UL1 TR000439).
Materials
| Absorbing Pad | Fisher | 14-127-47 | |
| Sterile Cotton Gauze Pad | Fisher | 22-415-469 | |
| Latex Surgical Gloves | Henry Schein Animal Health | 21540 | |
| Curved Mayo Scissors | Fisher | S17341 | |
| Straight Blunt Foreceps | Fisher | 08-895 | |
| Scalpel Handle | Fisher | 08-913-5 | |
| Sterile Scalpel Blades | Fisher | 53220 | |
| 1mL Luer-Lok Syringe | BD Biosciences | 309628 | For bacterial injections |
| 20mL Luer-Lok Syringe | BD Biosciences | 301031 | For saline wash |
| Hemostat | Seneca Medical | 240267 | |
| 23 G 3/4 in. Needle | BD Biosciences | 305143 | |
| 30 G 1 in. Needle | BD Biosciences | 305128 | |
| U-100 Insulin Syringe | Exel International | 25846 | For medication injections |
| Isoflurane | Henry Schein Animal Health | 050033 | |
| Xylazine | Henry Schein Animal Health | 33197 | Inject IP |
| Ketamine | Patterson Vetrinary | 07-881-9413 | Inject IP |
| Yohimbine (Atipamezole) | Patterson Vetrinary | 07-867-7097 | Inject IP after surgery |
| Bupivacaine (Marcaine) | Patterson Vetrinary | 07-890-4584 | Inject SQ at site of incision |
| Carprofen (Rimadyl) | Patterson Vetrinary | 07-844-7425 | Should be kept at 4 ᵒC |
| 4-0 Chromic Gut Suture | Ethicon Inc. | U203H | |
| 4-0 Braided Vicryl Suture | Ethicon Inc. | J304H | |
| 1mL SubQ Syringe | BD Biosciences | 309597 | |
| E. coli UTI89 or CFT073 | ATCC | 700928 | |
| Surgicel Absorbable Hemostat | Ethicon Inc. | ETH1951CS | |
| Biospec 9.4T MRI | Bruker | 94/20 USR |
Referências
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