Intrarenal enjeksiyon<em> Escherichia coli</em> Piyelonefritli Sıçan Modelinde
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
Kemirgen modelleri, piyelonefrit ve idrar yolu enfeksiyonları (UYE) de dahil olmak üzere çok sayıda insan hastalık bulgusu üzerinde çalışmak için kullanılmıştır. İYE'ler küresel bir sağlık sorunudur ve her yaştan çocukları, erkekleri ve kadınları etkileyebilir. 1 , 2 , 3 ĐYE'lerin başlangıç tezahürü sistit içerir ve infüzyon üretere yükselirse böbrek enfeksiyonu (pyelonefrit) izlenebilir. Aynı zamanda, diyabet prevalansı dünya çapında 400 milyon kişiye yaklaşıyor. 4 , 5 Obezite olan veya tip 2 diabetes mellitus olan hastalarda İYE insidansı, 4 kez daha yüksek olabilir ve bu da tekrarlayan İYE enfeksiyonu (rUTI), sepsis, piyelonefritten renal fibrozis ve mesane disfonksiyonu riskinde artışa neden olur. 6 , 7 , 8 KemirgenModeller, ĐYE'lerin incelenmesinde önemlidir, çünkü mevcut antibiyotik terapileri sadece ĐY <hasta alt kümesinde kalıcı, önleyici bir yanıt üretmektedir. Klinik İYE bakımını iyileştirmek için anahtar adımlar akut enfeksiyondan inflamasyona, fibroza yol açan rUTI mekanizması ve patofizyolojik süreçlerinin yanı sıra tip 2 diabetes mellitusun etkisini anlamaktır.
Hayvan modellerini geliştirmenin amacı, hastalık ilerlemesinin ve terapötik müdahalelerin daha doğru bir şekilde değerlendirilmesini sağlayan teknikler geliştirmektir. Sıçanlarda ve / veya farelerde böbrek hasarının patofizyolojisini, antibiyotik tedavisinin etkilerini ve diğer ĐYE'lerin doğal seyrini incelemek için pyelonefriti indüklemek için çeşitli farklı yaklaşımlar kullanılmıştır. Retrograd İYE'nin kurulması için ortak bir yaklaşım, transüretral kateterizasyondur. 10 , 11 , 12 , 13 </ Sup> Bu yöntem, bakterileri üretra yoluyla anestezi altındaki hayvanlardaki idrar torbasına sokar. Bu teknik insan pyelonefritini yakından taklit ederken, pyelonefrit enfeksiyonunun asıl insidansı ve büyüklüğü, aşılama sırasında veya hemen sonrasında spontan üreterik reflü eksikliği veya üriner boşalma dahil olmak üzere çok faktör nedeniyle aşırı değişkenlik gösterebilir. 11 Sonuç olarak, yükselen pyelonefrit enfeksiyonunu indüklemedeki deneysel değişkenlik böbrek enfeksiyonlarını ve terapötik stratejileri incelemek için bu modelin faydasını kısıtlayabilir.
Bu rapor, E. coli'nin sıçan böbreğine doğrudan enjekte edildiği cerrahi bir pyelonefrit fare modelini tanımlamaktadır. Bu sıçan modelinin invaziv olmasına rağmen, böbreklere verilen E. coli miktarı, etkili bir şekilde kontrol edilerek sağlam bir böbrek enfeksiyonu ve enflamasyon sağlar. 14 Bu prosedür dahilinde ayrıca,In vivo Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) ile bu indüklenen renal enfeksiyonların boylamsal olarak izlenebileceği.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kemirgenlerde artan akut pyelonefrit (örn. Fare ve sıçanlar) transüretral kateterizasyon ile üretilebilir. 16 , 17 , 18 Bu transüretral enfeksiyon yöntemi, invazif olmadığı ve artan enfeksiyonun insan patofizyolojisini taklit ettiği için avantajlıdır. 17 , 18 , 19 , 20 Bununla b…
Disclosures
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 |
References
- Saliba, W., Barnett-Griness, O., Rennert, G. The association between obesity and urinary tract infection. Eur J Intern Med. 24 (2), 27-31 (2012).
- Semins, M., Shore, A., Makary, M., Weiner, J., Matlaga, B. The impact of obesity on urinary tract infection risk. Urology. 79 (2), 266-269 (2011).
- Zilberberg, M., Shorr, A. Secular trends in gram-negative resistance among urinary tract infection hospitalizations in the United States, 2000-2009. Infect Control Hosp Epidemiol. 34 (9), 940-946 (2013).
- Whiting, D., Guariguata, L., Weil, C., Shaw, J. IDF diabetes atlas: global estimates of the prevalence of diabetes for 2011 and 2030. Diabetes Res Clin Pract. 94 (3), 311-321 (2011).
- Wild, S., Roglic, G., Green, A., Sicree, R., King, H. Global prevalence of diabetes: estimates for the year 2000 and projections for 2030. Diabetes Care. 27 (5), 1047-1053 (2004).
- Ma, D., Gulani, V., Seiberlich, N., Liu, K., Sunshine, J., Duerk, J., et al. Magnetic resonance fingerprinting. Nature. 495 (7440), 187-192 (2013).
- Lu, L., Sedor, J., Gulani, V., Schelling, J., O’Brien, A., Flask, C. A., et al. Use of diffusion tensor MRI to identify early changes in diabetic nephropathy. Am J Nephrol. 34 (5), 476-482 (2011).
- Rosen, D., Hooton, T., Stamm, W., Humphrey, P., Hultgren, S. Detection of intracellular bacterial communities in human urinary tract infection. PLoS Med. 4 (12), e329 (2007).
- Torine, L. A. Urinary tract infection: diabetic women’s strategies for prevention. Br J Nurs. 20 (13), 791-792 (2011).
- Rosen, D., Hung, C., Kline, K., Hultgren, S. Streptozocin-induced diabetic mouse model of urinary tract infection. Infect Immun. 76 (9), 4290-4298 (2008).
- Larsson, P., Kaijser, B., Mattsby-Baltzer, I., Olling, S. An experimental model for ascending acute pyelonephritis caused by Escherichia coli or proteus in rats. J Clin Pathol. 33 (4), 408-412 (1980).
- Gupta, R., Ganguly, N., Ahuja, V., Joshi, K., Sharma, S. An ascending non-obstructive model for chronic pyelonephritis in BALB/c mice. J. Med. Microbiol. 43 (1), 33-36 (1995).
- Fernandes, P., Shipkowitz, N., Bower, R. Murine models for studying the pathogenesis and treatment of pyelonephritis. Adv. Exp. Med. Biol. 224, 35-51 (1987).
- Kaye, D. The effect of water diuresis on spread of bacteria through the urinary tract. J. Infect. Dis. 124 (3), 297-305 (1971).
- Fierer, J., Tainer, L., Braude, A. Bacteremia in the pathogenesis of retrograde E. coli pyelonephritis in the rat. Am. J. Pathol. 64 (2), 443-456 (1971).
- Nickel, J., Olson, M., Costerton, J. Rat model of experimental bacterial prostatitis. Infection. 19 (3), S126-S130 (1991).
- Hagberg, L., Engberg, I., Freter, R., Olling, S., Eden, C. Ascending, unobstructed urinary tract infection in mice caused by pyelonephritogenic Escherichia coli of human origin. Am Soc Microbiol. 40 (1), 273-283 (1983).
- Kurosaka, Y., Ishida, Y., Yamamura, E., Takase, H., Otani, T., Kumon, H. A non-surgical rat model of foreign body-associated urinary tract infection with Pseudomonas aeruginosa. Microbiol. Immunol. 45 (1), 9-15 (2001).
- Anderson, B., Jackson, G. Pyelitis, an important factor in the pathogenesis of retrograde pyelonephritis. J Exp Med. 114 (3), 375-384 (1961).
- Anderson, J. Vesico-ureteric reflux. J R Soc Med. 55 (6), 419-426 (1962).
