نموذج عدوى المبيضات البيضاء للمفصل حول الأطراف الاصطناعية في الفأر
Summary
عدوى المفصل حول الأطراف الاصطناعية (PJI) التي تسببها مسببات الأمراض الخطيرة شائعة في جراحة العظام السريرية. لا يمكن للنماذج الحيوانية الحالية محاكاة الوضع الفعلي ل PJI بدقة. هنا ، أنشأنا نموذج ماوس PJI المرتبط بغشاء حيوي من Candida albicans للبحث وتطوير علاجات جديدة ل PJI.
Abstract
عدوى المفصل حول الأطراف الاصطناعية (PJI) هي واحدة من الالتهابات الشائعة التي تسببها المبيضات البيض (C. albicans) ، والتي تهم الجراحين والعلماء بشكل متزايد. بشكل عام ، تتشكل الأغشية الحيوية التي يمكن أن تحمي C. albicans من المضادات الحيوية والتخليص المناعي في موقع الإصابة. الجراحة التي تنطوي على إزالة الغرسة المصابة ، والتنضير ، والعلاج المضاد للميكروبات ، وإعادة الزرع هي المعيار الذهبي لعلاج PJI. وبالتالي ، فإن إنشاء نماذج PJI الحيوانية له أهمية كبيرة للبحث والتطوير في مجال الأدوية أو العلاجات الجديدة ل PJI. في هذه الدراسة ، تم إدخال سلك من سبائك النيكل والتيتانيوم الأملس ، وهو زرع يستخدم على نطاق واسع في عيادات تقويم العظام ، في المفصل الفخذي للفأر C57BL / 6 قبل تلقيح C. albicans في التجويف المفصلي على طول السلك. بعد 14 يوما ، لوحظت الأغشية الحيوية الناضجة والسميكة على سطح الغرسات تحت المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). تم العثور على ترابيق عظمي منخفض بشكل كبير في تلطيخ H& E لعينات المفاصل المصابة. باختصار ، تم إنشاء نموذج PJI للماوس مع مزايا التشغيل السهل ، ومعدل النجاح العالي ، والتكرار العالي ، والارتباط السريري العالي. من المتوقع أن يكون هذا نموذجا مهما للدراسات السريرية للوقاية من الأغشية الحيوية ذات الأغشية الحيوية C. albicans .
Introduction
المبيضات البيض (C. albicans) يقيمون بشكل مشترك في أجزاء كثيرة من جسم الإنسان1 ، وهو أيضا أكثر مسببات الأمراض الانتهازية شيوعا التي تسبب الالتهابات الفطرية الغازية التي تهدد الحياة ، خاصة في المرضى الذين يعانون من نقص المناعة 2,3. يمكن أن تتحول C. albicans بين حالات الخميرة والفطريات كفطر متعدد الأشكال. تظهر حالة الفطريات ضراوة أعلى ، والتصاق أقوى ، وغزو الخلايا والأنسجة 4,5. إلى جانب ذلك ، يمكن أن تشكل C. albicans الأغشية الحيوية على أسطح المواد الطبية الحيوية مثل أطقم الأسنان والقسطرة والدعامات1،6،7. يقيد الهيكل الكثيف ثلاثي الأبعاد للأغشية الحيوية تسلل الأدوية المضادة للفطريات ، ويعبر عن الجينات المقاومة للأدوية ، وينظم عملية التمثيل الغذائي للخلايا الفطرية لمقاومة إزالة الجهاز المناعي 6,7. لذلك ، فإن العدوى المرتبطة بالأغشية الحيوية تمثل تحديا كبيرا في العيادات8.
المكورات العنقودية الذهبية والمكورات العنقودية سلبية التخثر والبكتيريا المعوية هي مسببات الأمراض الرئيسية التي تسبب PJI9. على الرغم من أن حدوث PJI الفطري منخفض نسبيا (حوالي 1٪) 10 ، إلا أن تكلفة علاج PJI الفطرية أعلى11 ، ودورة العلاج أطول11 ، ومعدل نجاح العلاج أقل10 من PJI البكتيري. في السنوات الأخيرة ، ازداد معدل الإصابة ب PJI الفطري عاما بعد عام10. المبيضات PJI تمثل 77 ٪ -84 ٪ من PJI الفطرية10،12 ، و C. البيض هو الأكثر شيوعا في المبيضات (54 ٪). لذلك ، يجب دراسة PJI الفطرية.
حاليا ، يتم علاج PJI عن طريق جراحة المراجعة عن طريق (1) إزالة الغرسة المصابة ، (2) التنضير ، (3) العلاج المضاد للميكروبات ، و (4) إعادة الزرع. بعد التنضير الشامل ، يتم وضع مضاد حيوي يحتوي على الأسمنت العظمي ، ويتم علاج المريض بالمضادات الحيوية بشكل منهجي لأكثر من 6 أسابيع للسيطرة بشكل فعال على العدوى قبل وضع غرسة جديدة13. ومع ذلك ، لا يمكن لهذه الطريقة القضاء تماما على مسببات الأمراض في الأنسجة ، ومن المرجح جدا أن تتطور العدوى المتكررة المعالجة بالعلاج المضاد للميكروبات على المدى الطويل في السلالات المقاومة للأدوية14،15،16.
يعد إنشاء نماذج حيوانية ل PJI أمرا مهما للبحث والتطوير في أدوية أو علاجات جديدة ل PJI. في تطور PJI ، تتشكل مساحات ميتة كبيرة حول الطرف الاصطناعي ، مما يؤدي إلى تكوين أورام دموية ، مما يزيد من منع تدفق الدم للأنسجة المحيطة ويضعف تأثير المضادات الحيوية11,15. نظرا لصعوبة محاكاة البيئة المحيطة بالطرف الاصطناعي ، لا يمكن للنماذج الحيوانية التقليدية محاكاة الوضع الفعلي ل PJI17,18 بدقة.
في هذه الورقة ، تم إنشاء نموذج PJI المرتبط بالأغشية الحيوية C. albicans في الفئران باستخدام سلك التيتانيوم والنيكل المستخدم سريريا على نطاق واسع لمحاكاة غرسات المفاصل19،20. يعرض نموذج PJI هذا مزايا التشغيل السهل ، ومعدل النجاح العالي ، والتكرار العالي ، والارتباط السريري العالي. ومن المتوقع أن يكون نموذجا هاما لدراسة الوقاية والعلاج من PJI المرتبط بالأغشية الحيوية C. albicans .
Protocol
Representative Results
Discussion
العدوى الناجمة عن تلوث الأدوات الجراحية أو البيئة الجراحية أثناء الجراحة هي السبب الرئيسي لمعظم التهابات الزرع24،25،26،27. لذلك ، تم بناء نموذج PJI المرتبط بالأغشية الحيوية للفأر C. albicans في هذه الدراسة. مقارنة بنموذج PJI…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نحن ممتنون للدعم المالي المقدم من مؤسسة العلوم الطبيعية بمقاطعة شنشي (رقم المنحة 2021SF-118) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (أرقام المنح 81973409 82204631).
Materials
| 0.5 Mactutrius turbidibris | Shanghai Lujing Technology Co., Ltd | 5106063 | |
| 4 °C refrigerator | Electrolux (China) Electric Co., Ltd | ESE6539TA | |
| Agar | Beijing Aoboxing Bio-tech Co., Ltd | 01-023 | |
| Analytical balances | Shimadzu | ATX124 | |
| Autoclaves Sterilizer | SANYO | MLS-3750 | |
| Carbenicillin | Amresco | C0885 | |
| Eclipse Ci Nikon upright optical microscope | Nikon | Eclipse Ts2-FL | |
| Glucose | Macklin | D823520 | |
| Inoculation ring | Thermo Scientific | 251586 | |
| Isoflurane | RWD | 20210103 | |
| NaCl | Xi'an Jingxi Shuanghe Pharmaceutical Co., Ltd | 20180108 | |
| Paraformaldehyde | Beyotime Biotechnology | P0099 | |
| Peptone | Beijing Aoboxing Bio-tech Co., Ltd | 01-001 | |
| RWD R550 multi-channel small animal anesthesia machine | RWD | R550 | |
| SEM | Hitachi | TM-1000 | |
| Temperature incubator | Shanghai Zhichu Instrument Co., Ltd | ZQTY-50N | |
| Ultrapure water water generator | Heal Force | NW20VF | |
| Ultrasound machine | Do-Chrom | DS10260D | |
| Yeast extract | Thermo Scientific Oxoid | LP0021B |
References
- Mayer, F. L., Wilson, D., Hube, B. Candida albicans pathogenicity mechanisms. Virulence. 4 (2), 119-128 (2013).
- Fan, F., et al. Candida albicans biofilms: antifungal resistance, immune evasion, and emerging therapeutic strategies. International Journal of Antimicrobial Agents. 60 (5-6), 106673 (2022).
- Tong, Y., Tang, J. Candida albicans infection and intestinal immunity. Microbiological Research. 198, 27-35 (2017).
- Kanaguchi, N., et al. Effects of salivary protein flow and indigenous microorganisms on initial colonization of Candida albicans in an in vivo model. Bmc Oral Health. 12, 36 (2012).
- Gulati, M., Nobile, C. J. Candida albicans biofilms: development, regulation, and molecular mechanisms. Microbes and Infection. 18 (5), 310-321 (2016).
- Douglas, L. J. Candida biofilms and their role in infection. Trends in Microbiology. 11 (1), 30-36 (2003).
- Nobile, C. J., Johnson, A. D. Candida albicans biofilms and human disease. Annual Review of Microbiology. 69, 71-92 (2015).
- Mack, D., et al. Biofilm formation in medical device-related infection. The International Journal of Artificial Organs. 29 (4), 343-359 (2006).
- Miller, R., et al. Periprosthetic joint infection: A review of antibiotic treatment. JBJS Reviews. 8 (7), e1900224 (2020).
- Brown, T. S., et al. Periprosthetic joint infection with fungal pathogens. The Journal of Arthroplasty. 33 (8), 2605-2612 (2018).
- Kojic, E. M., Darouiche, R. O. Candida infections of medical devices. Clinical Microbiology Reviews. 17 (2), 255-267 (2004).
- Schoof, B., et al. Fungal periprosthetic joint infection of the hip: a systematic review. Orthopedic Reviews (Pavia). 7 (1), 5748 (2015).
- Izakovicova, P., Borens, O., Trampuz, A. Periprosthetic joint infection: current concepts and outlook. EFORT Open Reviews. 4 (7), 482-494 (2019).
- Tande, A. J., Patel, R. Prosthetic joint infection. Clinical Microbiology Reviews. 27 (2), 302-345 (2014).
- Stocks, G., Janssen, H. F. Infection in patients after implantation of an orthopedic device. ASAIO Journal. 46 (6), S41-S46 (2000).
- Shahi, A., Tan, T. L., Chen, A. F., Maltenfort, M. G., Parvizi, J. In-hospital mortality in patients with periprosthetic joint infection. The Journal of Arthroplasty. 32 (3), 948-952 (2017).
- Carli, A. V., Ross, F. P., Bhimani, S. J., Nodzo, S. R., Bostrom, M. P. Developing a clinically representative model of periprosthetic joint infection. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume. 98 (19), 1666-1676 (2016).
- Stavrakis, A. I., Niska, J. A., Loftin, A. H., Billi, F., Bernthal, N. M. Understanding infection: A primer on animal models of periprosthetic joint infection. The Scientific World Journal. 2013, 925906 (2013).
- Qiao, B., Lv, T. Electrochemical investigation of interaction of candida albicans with titanium-nickel implant in human saliva. International Journal of Electrochemical Science. 17 (2), 22028 (2022).
- Oh, Y. R., Ku, H. M., Kim, D., Shin, S. J., Jung, I. Y. Efficacy of a Nickel-titanium ultrasonic instrument for biofilm removal in a simulated complex root canal. Materials. 13 (21), 4914 (2020).
- Feldman, A. T., Wolfe, D., Christina E, D. a. y. Tissue Processing and Hematoxylin and Eosin Staining. Histopathology: Methods and Protocols. , 31-43 (2014).
- Sinclair, K. D., et al. Model development for determining the efficacy of a combination coating for the prevention of perioperative device related infections: A pilot study. Journal of Biomedical Materials Research – Part B Applied Biomaterials. 101 (7), 1143-1153 (2013).
- Mo, F., et al. In vitro and in vivo effects of the combination of myricetin and miconazole nitrate incorporated to thermosensitive hydrogels, on C. albicans biofilms. Phytomedicine. 71, 153223 (2020).
- Zahar, A., Sarungi, M. Diagnosis and management of the infected total knee replacement: a practical surgical guide. Journal of Experimental Orthopaedics. 8 (1), 14 (2021).
- Parvizi, J., Jacovides, C., Zmistowski, B., Jung, K. A. Definition of periprosthetic joint infection: Is there a consensus. Clinical Orthopaedics and Related Research. 469 (11), 3022-3030 (2011).
- Karczewski, D., et al. Candida periprosthetic joint infections – risk factors and outcome between albicans and non-albicans strains. International Orthopaedics. 46 (3), 449-456 (2022).
- Cobo, F., Rodriguez-Granger, J., Sampedro, A., Aliaga-Martinez, L., Navarro-Mari, J. M. Candida prosthetic joint infection. A review of treatment methods. Journal of Bone and Joint Infection. 2 (2), 114-121 (2017).
- Cobrado, L., Silva-Dias, A., Azevedo, M. M., Pina-Vaz, C., Rodrigues, A. G. In vivo antibiofilm effect of cerium, chitosan and hamamelitannin against usual agents of catheter-related bloodstream infections. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 68 (1), 126-130 (2013).
- Vila, T., et al. Therapeutic implications of C. albicans-S. aureus mixed biofilm in a murine subcutaneous catheter model of polymicrobial infection. Virulence. 12 (1), 835-851 (2021).
- Nishitani, K., et al. Quantifying the natural history of biofilm formation in vivo during the establishment of chronic implant-associated Staphylococcus aureus osteomyelitis in mice to identify critical pathogen and host factors. Journal of Orthopaedic Research. 33 (9), 1311-1319 (2015).
- Ormsby, R. T., et al. Evidence for osteocyte-media ted bone-matrix degradation associated with periprosthetic joint infection (PJI). European Cells & Materials. 42, 264-280 (2021).
- Garlito-Díaz, H., et al. A new antifungal-loaded sol-gel can prevent candida albicans prosthetic joint infection. Antibiotics (Basel). 10 (6), 711 (2021).
- Harro, J. M., et al. Development of a novel and rapid antibody-based diagnostic for chronic staphylococcus aureus infections based on biofilm antigens. Journal of Clinical Microbiology. 58 (5), e01414-e01419 (2020).
