Induzieren von Meningokokken-Meningitis Serogroup C bei Mäusen über Intracisternal Delivery
Summary
Hier beschreiben wir eine Methode, um Meningokokken-Meningitis durch einen intrazisternalen Infektionsweg bei erwachsenen Mäusen zu induzieren. Wir präsentieren ein Schritt-für-Schritt-Protokoll der Meningokokken-Infektion von der Vorbereitung von Inokulum bis zur intrazisternalen Infektion; dann erfassen Sie das Überleben des Tieres und bewerten Sie die bakteriellen Belastungen in murinen Geweben.
Abstract
Neisseria meningitidis (Meningokokken) ist ein Mikroorganismus mit schmaler Host-Bereich, weltweit als die Hauptursache für bakterielle Meningitis anerkannt. Meningokokken ist ein vorübergehender Kolonisator des menschlichen Nasopharynx von etwa 10% des gesunden Subjekts. Unter bestimmten Umständen erwirbt es eine invasive Fähigkeit, die Schleimhautbarriere zu durchdringen und dringt in den Blutkreislauf ein, der Septikämie verursacht. Im jüngsten Fall könnte eine fulminanende Sepsis auch ohne die daraus resultierende Entwicklung der Meningitis entstehen. Umgekehrt könnten sich Bakterien im Blut arm vermehren, die Blut-Hirn-Schranke überqueren, das zentrale Nervensystem erreichen, was zu einer fulminanten Meningitis führt. Die murinen Modelle der bakteriellen Meningitis stellen ein nützliches Werkzeug dar, um die Wirts-Pathogen-Wechselwirkungen zu untersuchen und die pathogenetischen Mechanismen zu analysieren, die für diese tödliche Krankheit verantwortlich sind. Obwohl in den letzten Jahrzehnten mehrere experimentelle Modellsysteme evaluiert wurden, war keines von ihnen in der Lage, die charakteristischen pathologischen Ereignisse der Meningokokken-Krankheit zu reproduzieren. In diesem experimentellen Protokoll beschreiben wir ein detailliertes Verfahren zur Induktion von Meningokokken-Meningitis in einem Mausmodell, das auf der intrazisternalen Inokulation von Bakterien basiert. Die besonderen Anzeichen einer menschlichen Meningitis wurden im murinen Wirt durch die Beurteilung klinischer Parameter (z. B. Temperatur, Körpergewicht), die Beurteilung der Überlebensrate, die mikrobiologische Analyse und die histologische Untersuchung von Hirnverletzungen aufgezeichnet. Bei der Verwendung von intrazisternalen (i.cist.) Inokulum, Meningokokken vollständige Lieferung direkt in Cisterna magna, was zu einer sehr effizienten Meningokokken-Replikation im Gehirngewebe. Eine 1.000-fache Erhöhung der lebensfähigen Anzahl von Bakterien wird in etwa 18 h beobachtet. Darüber hinaus, Meningokokken sind auch in der Milz gefunden, und Leber von infizierten Mäusen, was darauf hindeutet, dass die Leber ein Zielorgan für Meningokokken-Replikation darstellen kann.
Introduction
Neisseria meningitidis ist ein Gram-negatives -proteobacterium, das auf den menschlichen Wirt beschränkt ist und als eine der häufigsten Ursachen für Meningitis und Sepsis in der menschlichen Bevölkerung auf der ganzen Welt bekannt ist. Es kolonisiert die oberen Atemwege (Nase und Hals) von gesunden und asymptomatischen Trägern (2-30% der Bevölkerung), aber das Bakterium entzieht sich manchmal verschiedenen Wirtsabwehren und breitet sich von der Blutbahn auf das Gehirn aus, was zu einem unkontrollierten lokalen Entzündung, bekannt als Meningokokken-Meningitis. Eine Kombination von Wirts- und Bakterienfaktoren scheint zum Übergang vom Commensal zum invasiven Verhalten beizutragen1.
N. meningitidis ist ausschließlich auf menschliche Kolonisation und Infektion spezialisiert. Es hat einen engen Wirtsbereich und hat daher begrenzte In-vivo-Pathogenese-Studien aufgrund des Mangels an geeigneten Tiermodellen, die die menschliche Meningokokken-Krankheit reproduzieren. Infolgedessen hatte es zu grundlegenden Lücken im Verständnis bezüglich der Pathogenese von Septikämie und Meningitis durch Meningokokken geführt. In den letzten Jahrzehnten ermöglichte die Entwicklung vieler In-vitro-Systeme die Identifizierung mehrerer meningokokkener Virulenzfaktoren2,3,4. Obwohl diese wertvollen Studien wichtige Erkenntnisse lieferten, um die Rolle dieser Faktoren für eine erfolgreiche Meningokokken-Infektion zu verstehen, erlaubten diese Modelle keine Bewertung der Folgen bakterieller Wechselwirkungen mit dem humoralen und zellulären Immunsystem und noch weniger mit dem gesamten Gewebe. In vivo-Tiermodelle von Infektionen sind auch für die Bewertung des Schutzgrades durch Impfstoffformulierungen von großer Bedeutung. Als human-tropischer Erreger verfügen Meningokokken über geeignete Determinanten, die für eine erfolgreiche Infektion erforderlich sind, wie z. B. Oberflächenstrukturen (d. h. Pili typ IV und Opazitätsproteine) und Eisenaufnahmesysteme für menschliche Rezeptoren und Transportproteine (d. h. Transferrin und Lactoferrin)5,6,7 richtig haften, überleben und in den menschlichen Wirt eindringen. Schließlich tragen die genetischen Variationsfähigkeiten des Erregers, um die menschliche Immunantwort zu umgehen und/oder zu blockieren, weiter zum hohen Tropismus der Spezies8,9bei. Daher kann das Fehlen spezifischer Wirtsfaktoren, die an der Wechselwirkung beteiligt sind, Schritte des Lebenszyklus des Erregers blockieren und erhebliche Schwierigkeiten bei der Entwicklung von Kleintiermodellen verursachen, die den Meningokokken-Lebenszyklus zusammenfassen.
In den letzten Jahrzehnten wurden mehrere Ansätze entwickelt, um unser Verständnis des Meningokokken-Infektionszyklus zu verbessern. Infektionen von zwei Tiermodell, Maus und Ratte, entweder intraperitoneal (i.p.) oder intranasal (i.n.), wurden entwickelt, um Meningokokken-Krankheit zu reproduzieren10,11,12,13,14 ,15,16,17. Die Labormaus ist wahrscheinlich eines der vielseitigeren Tiere für die Induktion experimenteller Meningokokken-Infektionen.
Jedoch, die i.p. Art der Infektion führt zur Entwicklung einer schweren Sepsis, obwohl es nicht den natürlichen Weg der Infektion iimitiert, während der i.n. Infektionsweg war nützlich, um Meningokokken pathogenese zu bewerten, obwohl es Lungeninfektion enden kann vor Sepsis10,11,12,13,14,15,16,17.
Das i.p. Mausmodell war entscheidend, um den Schutz vor der meningokokken Herausforderung10,11,12zu beurteilen. Das Mausmodell der Meningokokken-Kolonisation auf der Grundlage des i.n. Infektionsweges wurde mit Säuglingsmäusen entwickelt, da sie anfälliger für Meningokokken sind, um eine invasive Infektion zu reproduzieren, die den Verlauf der Meningokokkenerkrankung beim Menschen imitiert. 13,14,15,16,17. Darüber hinaus, um die Meningokokken-Replikation im murinen Wirt zu fördern, wurden eine wachsende Anzahl von technischen Strategien auch angewendet, einschließlich der Verabreichung des Eisens an die Tiere, um die Infektion zu verbessern, die Verwendung von hochbakteriellem Inokulum, Maus-Passagen-Bakterienstamm sowie die Beschäftigung von Säuglingen oder immungeschwächten Tierwirten10,13,15,18,19. Die Expression spezifischer menschlicher Faktoren wie CD4620 oder Transferrin21 hat die Anfälligkeit von Mäusen für dieses human-tropische Bakterium erhöht; die Beschäftigung der menschlichen Haut Xenograft Modell der Infektion war auch nützlich, um die Adhäsionsfähigkeit von Meningokokken auf menschlicheen Endothel zu bewerten22,23. Insgesamt hat die jüngste Entwicklung von humanisierten transgenen Mäusen das Verständnis der Meningokokkenpathogenese und ihrer Wirtswechselwirkungen verbessert.
Zuvor haben wir ein murines Modell der meningokokken Meningitis entwickelt, bei dem die Inokulation von Bakterien in die Zisternenmagna von erwachsenen Mäusen mit mausdurchdreten Bakterien durchgeführt wurde24. Klinische Parameter und die Überlebensrate infizierter Mäuse zeigten die Etablierung einer Meningitis mit Merkmalen, die mit denen des menschlichen Wirts vergleichbar sind, sowie der mikrobiologischen und histologischen Analysen des Gehirns. Von diesen infizierten Mäusen wurden auch Bakterien aus Blut, Leber und Milz und bakteriellen Belastungen von peripheren Organen, die mit der infektiösen Dosis korrelierten, zurückgewonnen. Insbesondere wurde dieses Modell eingesetzt, um die Virulenz eines isogenen Mutantenstamms zu bewerten, der im L-Glutamat-Transporter GltT24defekt war. Kürzlich, mit unserer Maus Modell der Meningokokken-Meningitis auf i.cist basiert. Route mit Serogruppe C-Stamm 93/42862,24 und einem isogenen Mutant, der in der cssA-Gencodierung für UDP-N-Acetylglucosamin 2-Epimerase25defekt ist, haben wir die Rolle der exponierten Sialinsäure im Von Krankheit bei Mäusen.
In diesem Protokoll beschreiben wir eine einfache Methode, um experimentelle Meningokokken-Meningitis auf der Grundlage der i.cist zu induzieren. Infektionsweg bei erwachsenen Balb/c-Mäusen. Diese Methode ist besonders nützlich für die Charakterisierung von Meningokokken-Infektionen in einem murinen Wirt, sowie für die Beurteilung der Virulenz zwischen wildarten Referenzstämmen und isogenen Mutagenmutanten. Der intrazisternförmige Infektionsweg gewährleistet die vollständige Abgabe der Meningokokken direkt in die Zisterne magna, was wiederum die bakterielle Replikation in der zerebrospinalen Flüssigkeit (CSF) erleichtert und Meningitis mit Merkmalen induziert, die diese imitieren. vorhanden beim Menschen2,24,25,26.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dieser Studie beschreiben wir ein experimentelles Protokoll, um Meningokokken-Meningitis bei erwachsenen Mäusen durch i.cist zu induzieren. Impfung von Meningokokkenbakterien. Unserer Kenntnis nach wurde kein anderes Modell der Meningokokken-Meningitis bei Labormäusen entwickelt, die mit i.cist infiziert sind. Route; in der Vergangenheit wurde dieser Weg erforscht, um Modelle der Meningokokken-Meningitis bei Ratte31 und Kaninchen32zu liefern. Es ist bekannt, dass die h…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Studien wurden zum Teil von PRIN 2012 [Grant-Nummer 2012WJSX8K] unterstützt: “Host-Mikroben-Interaktionsmodelle bei Schleimhautinfektionen: Entwicklung neuartiger therapeutischer Strategien” und prIN 2017 [2017SFBFER]: “Ein integrierter Ansatz zur Bewältigung des Zusammenspiels zwischen Anpassung, stressbelastete Bedingungen und antimikrobielle Resistenz von anspruchsvollen Krankheitserregern”.
Materials
| 1,8 Skirted Cryovial With external thread | Starlab | E3090-6222 | |
| 50ml Polypropylene Conical Tube | Falcon | 352070 | 30 x 115mm |
| Adson Forceps | F.S.T. | 11006-12 | Stainless Steel |
| Alarm-Thermometer | TESTO | 9000530 | |
| BactoTM Proteose Peptone | BD | 211693 | |
| BD Micro Fine syringe | BD | 320837 | U-100 Insulin |
| BD Plastipak syringe 1ml 25GA 5/8in | BD | 300014 | 05x16mm |
| BD Plastipak syringe 5ml | BD | 308062 | 07 x 30mm |
| BIOHAZARD AURA B VERTICAL LAMINAR FLOW CABINET | Bio Air s.c.r.l. | Aura B3 | |
| BioPhotometer | Eppendorf | Model #6131 | |
| Bottle D | Tecniplast | D | Graduated up to:400ml, Total Volume 450ml, 72x72x122mm |
| C150 CO2 Incubator | Binder | 9040-0078 | |
| Cage Body Eurostandard Type II | Tecniplast | 1264C | 267x207x140mm, Floor area 370cm2 |
| Cell Culture Petri Dish With Lid | Thermo Scientific | 150288 | Working Volume: 5mL |
| Centrifuge | Eppendorf | Microcentrifuge 5415R | |
| Cuvetta semi-micro L. Form | Kartell S.p.A. | 01938-00 | |
| di-Potassium hydrogen phosphate trihydrate | Carlo erba | 471767 | |
| di-Sodium hydrogen phosphate anhydrous ACS-for analysis | Carlo Erba | 480141 | g1000 |
| Diete Standard Certificate | Mucedola s.r.l. | 4RF21 | Food pellet for animal |
| Dumont Hp Tweezers 5 Stainless Steel | F.S.T. by DUMONT | AGT5034 | 0,10 x 0,06 mm tip |
| Electronic Balance | Gibertini | EU-C1200 | Max 1200g, d=0,01g, T=-1200g |
| Eppendorf Microcentrifuge tube safe-lock | Eppendorf | T3545-1000EA | |
| Erythromycin | Sigma-Aldrich | E-6376 | 25g |
| Extra Fine Bonn Scissors | F.S.T. | 14084-08 | Stainless Steel |
| Filter Top (mini- Isolator), H-Temp with lock clamps | Tecniplast | 1264C400SUC | |
| GC agar base | OXOID | CM0367 | |
| Gillies Forceps 1 x2 teeth | F.S.T. | 11028-15 | Stainless Steel |
| Glicerin RPE | Carlo Erba | 453752 | 1L |
| Graefe Forceps | F.S.T. | 11052-10 | Serrated Tip Width: 0.8mm |
| Inner lid | Tecniplast | 1264C116 | |
| Iron dextran solution | Sigma-Aldrich | D8517-25ML | |
| Ketamine | Intervet | ||
| Microbiological Safety Cabinet BH-EN and BHG Class II | Faster | BH-EN 2004 | |
| Microcentrifuge tubes 1.5ml | BRAND | PP780751 | screw cap PP, grad |
| Mouse Handling Forceps | F.S.T. | 11035-20 | Serrated rubber; Gripping surface:15 x 20 mm |
| Mucotit-F2000 | MERZ | 61846 | 2000ml |
| Natural Latex Gloves | Medica | M101 | |
| New Brunswick Classic C24 Incubator Shaker | PBI international | C-24 Classic Benchtop Incubator Shaker | |
| Petri PS Dishes | VWR | 391-0453 | 90X14.2MM |
| Pipetman Classic P20 | Gilson | F123600 | 2-20microL |
| Pipetman Classic P200 | Gilson | F123601 | 20-200microL |
| Pipetman Classim P1000 | Gilson | F123602 | 200-1000microL |
| Polyvitox | OXOID | SR0090A | |
| Potassium Chloride | J.T. Baker Chemicals B.V. | 0208 | 250g |
| Potassium Dihydrogen Phosphate | J.T. Baker Chemicals B.V. | 0240 | 1Kg |
| PS Disposible forceps | VWR | 232-0191 | |
| Removable Divider | Tecniplast | 1264C812 | |
| Round-Bottom Polypropylene Tubes | Falcon | 352063 | 5ml |
| Sodium Chloride | MOLEKULA | 41272436 | |
| SS retainer and Polyester FilterSheet | Tecniplast | 1264C | |
| Standard Pattern Forceps | F.S.T. | 11000-12 | Stainless |
| Stevens Tenotomy Scissors | F.S.T. | 14066-11 | Stainless Steel |
| Surgical Scissor – ToughCut | F.S.T. | 14130-17 | Stainless |
| Touch N Tuff disposible nitrile gloves | Ansell | 92-500 | |
| Ultra Low Temperature (ULT) Freezer | Haier | DW-86L288 | Volume= 288L |
| Wagner Scissors | F.S.T. | 14070-12 | Stainless Steel |
| Xylazine | Intervet |
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