Urinvejsinfektion i en lille dyremodel: transuretral kateterisation af mandlige og kvindelige mus
Summary
Den etablerede model af transuretral kateterisation af mus giver mulighed for undersøgelse af blæren patologier, herunder urinvejsinfektion, men kan kun udføres i hunner. En ny model for mandlige transuretral instillation, præsenteres her, vil gøre forskning i et område præget af stærk kliniske og epidemiologiske forskelle mellem kønnene.
Abstract
Urinvejsinfektioner (UTI) er meget almindelige på verdensplan, at pådrage sig betydelig sygelighed og sundhedsvæsenet udgifter. Lille dyremodeller, som præcist afspejler sygdom etablering og progression, tillade dissektion af vært-patogen interaktioner og generation af immunitet over for infektion. I mus, intravesikal instillation af uropathogenic E. coli, det agens i mere end 85% af Fællesskabets erhvervede UTI, indeholder mange af stadier af infektion observeret i mennesker. Indtil for nylig, dog, kunne UTI kun være modelleret i hundyr. Denne begrænsning har hindret studiet af sex-relaterede forskelle i UTI, samt andre blære sygdomme, såsom kræft. Her, beskriver vi en metode til at indgyde mandlige mus, der giver mulighed for direkte sammenligning mellem kvindelige og mandlige dyr og giver en detaljeret protokol for at vurdere blæren væv ved flowcytometri som et middel til bedre at forstå vært svar til infektion. Sammen, vil disse tilgange støtte i identifikationen af vært faktorer, der bidrager til sex afvigelser observeret i UTI og andre blære-associerede sygdomme.
Introduction
Urinvejsinfektioner (ICU) er en af de mest almindelige infektioner i udviklede lande1. Smittespredningen er ens mellem hunner og hanner blandt nyfødte og for ældre2. Præmenopausale voksne kvinder, men har en stærkt øget forekomst af Samfundserhvervede UTI i forhold til mænd2,3. I betragtning af at denne sygdom påvirker primært kvinder, har grundforskning og klinisk forskning overvejende fokuseret på UTI i hunner. Urinvejsinfektion hos mænd er imidlertid en betydelig og forsømt sundhedspleje udfordring4. Faktisk, fordi UTI i mænd er forbundet med højere sygelighed, disse infektioner rutinemæssigt er defineret som kompliceret4,5.
Som vores forståelse af den centrale rolle, køn bias i fysiologi og patologi udvikler sig, er nye metoder forpligtet til at udforske denne tidligere forsømt aspekt af sygdommen. Sex forskelle spiller en væsentlig rolle i immunitet og infektion; Hunnerne har højere forekomst af autoimmune sygdom, mens mænd er mere modtagelige for visse infektioner, såsom tuberkulose, malaria og HIV6,7. Blærekræft, en anden urologiske patologi, er betydeligt hyppigere hos mænd end hos kvinder, og flere undersøgelser har vist en rolle for androgener i udviklingen af malignitet8,9,10,11 ,12. Navnlig, dog er undersøgelsen af intravesikal behandlingsformer for kræft i urinblæren udføres udelukkende i hundyr, på grund af manglende evne til at gentagne gange catheterize mandlige mus13.
Studiet af UTI patogenesen er stærkt afhængig af gnavere modeller af infektion (fx, mus og rotter). Murine modeller af UTI kan ansætte uropathogens oprindeligt isoleret fra infektioner hos mennesker, som uropathogenic E. coli (UPEC), Klebsiella, Enterococcus, Staphylococcuseller Proteus14. Typisk, bakterier føres ind i blæren via kateterisation af urinrøret. Efter infektion, blærer og nyrer kan fjernes for at vurdere specifikke parametre for infektion, såsom bakteriel kolonisering, vævsskader eller vært immunrespons15,16. Universelt, dog der kun hundyr bruges for UTI forskning. Faktisk, mange undersøgelser har bemærket, at på grund af anatomiske årsager, kateterisation af mandlige mus ikke er mulige13,17,18,19. For nylig, en kirurgisk tilgang til mandlige instillation er blevet beskrevet, i som maven er åbnet, blæren er eksternt fordrevne ved at anvende blide tryk åbningen i maven, og bakterier er sprøjtet ind i blæren20. Denne tilgang gør det muligt for mandlige infektion, på bekostning af kirurgisk indgreb. Således omfatter en større advarsel af denne tilgang betændelse, indflydelse på resultatet af infektion såsom potentiale til at fremkalde en anti-inflammatorisk sårheling svar til indsnit21. Som vores interesser omfatter forståelse køn bias som reaktion på sygdom, udviklet vi en metode til bakteriel intravesikal instillation i mandlige mus der mere svarer den veletablerede ikke-kirurgiske transuretral tilgang anvendes i kvindelige gnavere22 .
Vores model bygger på en etableret metode og giver mulighed for at direkte sammenligne vært immunrespons til UTI i kvindelig og mandlig dyr. Denne metode vil tillade dissektion af kønsrelaterede forskelle i infektion og potentielt tilbyde molekylære og cellulære spor til de markante forskelle i modtagelighed og reaktion på infektion mellem kønnene. Denne model har desuden værdi ud over UTI undersøgelser, giver mulighed for oprettelse af modeller til at undersøge andre blære-associerede sygdomme, såsom kræft i urinblæren, prostatitis, under – eller slut – aktiv blære syndrom og interstitiel cystitis.
Protocol
Representative Results
Discussion
Transuretral instillation af mandlige mus tilbyder mange nye forskningsmuligheder i sex indflydelse på blæren mucosal disease, men også præsenterer flere udfordringer. Fremmest en begrænsning er, at instillation i første omgang kan vise sig for at være teknisk vanskeligt, hvilket resulterer i overdreven betændelse under kateter indsættelse. Forbedring af teknik kan opnås ved instillation af døde mus med en farvet løsning, såsom Evans blå farvestof. For at bekræfte at instillation er vellykket, blærer skal…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Dr Matthieu Rousseau for kritisk læsning af håndskriftet og laboratorium af dendritiske Immunobiology for deres nyttige indsigt under udviklingen af denne protokol og projekt. Dette arbejde blev støttet i en del af midlerne fra den Europæiske Union syvende ramme program Marie Curie-aktion (PCIG11-GA-2012-3221170, og Immuno-onkologi 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 |
References
- 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).
