מודל זיהום במפרק פריפרוסתי קנדידה אלביקנס בעכבר
Summary
זיהום מפרק פריפרוסתטי (PJI) הנגרם על ידי פתוגנים מסוכנים נפוץ באורתופדיה קלינית. מודלים קיימים של בעלי חיים אינם יכולים לדמות במדויק את המצב האמיתי של PJI. כאן, הקמנו מודל עכבר PJI הקשור לביופילם קנדידה אלביקנס כדי לחקור ולפתח טיפולים חדשים עבור PJI.
Abstract
זיהום מפרק פריפרוסתטי (PJI) הוא אחד הזיהומים הנפוצים הנגרמים על ידי קנדידה אלביקנס (C. albicans), אשר מדאיג יותר ויותר מנתחים ומדענים. באופן כללי, ביופילמים שיכולים להגן על C. albicans מפני אנטיביוטיקה ופינוי חיסוני נוצרים באתר הזיהום. ניתוח הכולל הסרת השתל הנגוע, הטריה, טיפול אנטי מיקרוביאלי והשתלה מחדש הוא תקן הזהב לטיפול ב- PJI. לפיכך, לביסוס מודלים של PJI בבעלי חיים יש משמעות רבה למחקר ופיתוח של תרופות או טיפולים חדשים עבור PJI. במחקר זה, חוט סגסוגת ניקל-טיטניום חלק, שתל בשימוש נרחב במרפאות אורתופדיות, הוחדר למפרק הירך של עכבר C57BL/6 לפני שחוסנו C. albicans לחלל המפרקי לאורך החוט. לאחר 14 יום, ביופילמים בוגרים ועבים נצפו על פני השטח של שתלים תחת מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM). נמצאה ירידה משמעותית בטרבקולה של העצם בצביעת H&E של דגימות המפרקים הנגועות. לסיכום, הוקם מודל PJI עכברי עם יתרונות של הפעלה קלה, שיעור הצלחה גבוה, חזרתיות גבוהה ומתאם קליני גבוה. זה צפוי להיות מודל חשוב למחקרים קליניים של מניעת PJI הקשורה לביופילם של C. albicans.
Introduction
קנדידה אלביקנס (C. albicans) מתגוררת בחלקים רבים של גוף האדם1, שהוא גם הפתוגן האופורטוניסטי הנפוץ ביותר הגורם לזיהומים פטרייתיים פולשניים מסכני חיים, במיוחד בחולים מדוכאי חיסון 2,3. C. albicans יכול להשתנות בין מצב שמרים ותפטיר כפטרייה פולימורפית. מצב התפטיר מציג אלימות גבוהה יותר, הידבקות חזקה יותר, ופלישה של תאים ורקמות 4,5. חוץ מזה, C. albicans יכול ליצור ביופילמים על פני השטח של חומרים ביו-רפואיים כגון תותבות, קטטרים וסטנטים 1,6,7. המבנה התלת-ממדי הצפוף של ביופילמים מגביל את חדירת התרופות האנטי-פטרייתיות, מבטא גנים עמידים לתרופות, ומווסת מטה את חילוף החומרים של תאים פטרייתיים כדי להתנגד לסילוק מערכת החיסון 6,7. לכן, זיהומים הקשורים לביופילמים הם די מאתגרים במרפאות8.
Staphylococcus aureus, staphylococcus שלילי coagulase, ו enterobacter הם הפתוגנים העיקריים הגורמים PJI9. למרות ששכיחות PJI פטרייתי נמוכה יחסית (כ-1%)10, עלות הטיפול ב-PJI פטרייתי גבוהה יותר11, מחזור הטיפול ארוך יותר11, ושיעור הצלחת הטיפול נמוךב-10 מאשר PJI חיידקי. בשנים האחרונות, שכיחות PJI פטרייתי עולה משנה לשנה10. קנדידה PJI מהווה 77%-84% מהפטריות PJI10,12, ו– C. albicans הוא הנפוץ ביותר בקנדידה (54%). לכן, PJI פטרייתי צריך להילמד.
נכון לעכשיו, PJI מטופל באמצעות ניתוח רוויזיה על ידי (1) הסרת השתל הנגוע, (2) הטריה, (3) טיפול מיקרוביאלי, ו (4) השתלה מחדש. לאחר הטריה יסודית, אנטיביוטיקה המכילה מלט עצם ממוקם, והחולה מטופל באנטיביוטיקה באופן סיסטמי במשך יותר מ -6 שבועות כדי לשלוט ביעילות בזיהום לפני הצבת שתל חדש13. עם זאת, שיטה זו אינה יכולה לחסל באופן מלא פתוגנים ברקמות, וזיהומים חוזרים המטופלים בטיפול אנטי-מיקרוביאלי ארוך טווח נוטים מאוד להתפתח בזנים עמידים לתרופות 14,15,16.
ביסוס מודלים של PJI בבעלי חיים חשוב למחקר ופיתוח של תרופות או טיפולים חדשים עבור PJI. בהתפתחות PJI נוצרים חללים מתים גדולים סביב התותבת, מה שמוביל להיווצרות המטומות, אשר חוסמות עוד יותר את אספקת הדם של הרקמות הסובבות ופוגעות בהשפעת אנטיביוטיקה11,15. בשל הקושי לחקות את הסביבה הסובבת את התותבת, מודלים מסורתיים של בעלי חיים אינם יכולים לדמות במדויק את המצב האמיתי של PJI17,18.
במאמר זה, מודל PJI הקשור לביופילם של C. albicans בעכברים נבנה על ידי שימוש בחוט טיטניום-ניקל הנמצא בשימוש קליני נרחב כדי לדמות שתלי מפרקים19,20. מודל PJI זה מציג את היתרונות של הפעלה קלה, שיעור הצלחה גבוה, חזרתיות גבוהה ומתאם קליני גבוה. הוא צפוי להיות מודל חשוב לחקר מניעה וטיפול ב-PJI הקשור לביופילם של C. albicans.
Protocol
Representative Results
Discussion
הזיהום הנגרם על ידי זיהום של כלי ניתוח או הסביבה הכירורגית במהלך הניתוח הוא הסיבה העיקרית לרוב זיהומים שתלים 24,25,26,27. לכן, במחקר זה נבנה מודל PJI הקשור לביופילם של עכבר C. albicans. בהשוואה למודל PJI המסורתי שבו נעשה שימוש ב?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו אסירי תודה על התמיכה הכספית מהקרן למדעי הטבע של מחוז שאאנשי (מענק מספר 2021SF-118) ומהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מספרי מענק 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).
