마우스의 보철 관절 Candida albicans 감염 모델
Summary
위험한 병원체에 의한 보철 관절 주위 감염(PJI)은 임상 정형외과에서 흔합니다. 기존의 동물 모델로는 PJI의 실제 상황을 정확하게 시뮬레이션할 수 없습니다. 여기에서 우리는 PJI에 대한 새로운 치료제를 연구하고 개발하기 위해 Candida albicans 생물막 관련 PJI 마우스 모델을 구축했습니다.
Abstract
인공 관절 주위 감염(PJI)은 칸디다 알비칸스(C. albicans)에 의해 발생하는 흔한 감염 중 하나로, 외과 의사와 과학자들의 우려가 점점 더 커지고 있습니다. 일반적으로 C. albicans를 항생제로부터 보호하고 면역 제거를 할 수 있는 생물막이 감염 부위에 형성됩니다. 감염된 임플란트 제거, 괴사조직 제거, 항균 치료 및 재이식을 포함하는 수술은 PJI 치료의 황금 표준입니다. 따라서 동물 PJI 모델을 확립하는 것은 PJI에 대한 신약 또는 치료제의 연구 및 개발에 매우 중요합니다. 이 연구에서는 정형외과 클리닉에서 널리 사용되는 임플란트인 부드러운 니켈-티타늄 합금 와이어를 C57BL/6 마우스의 대퇴 관절에 삽입한 후 C. albicans 를 와이어를 따라 관절강에 접종했습니다. 14일 후, 성숙하고 두꺼운 생물막이 주사 전자 현미경(SEM)의 밑에 임플란트의 표면에 관찰되었습니다. 감염된 관절 표본의 H&E 염색에서 현저히 감소된 뼈 섬유주가 발견되었습니다. 요약하자면, 쉬운 조작, 높은 성공률, 높은 반복성 및 높은 임상 상관 관계의 장점을 가진 마우스 PJI 모델이 확립되었습니다. 이는 C. albicans 생물막 관련 PJI 예방의 임상 연구에 중요한 모델이 될 것으로 기대됩니다.
Introduction
칸디다 알비칸스(Candida albicans, C. albicans)는인체의 여러 부위에 공생하며1, 특히 면역력이 저하된 환자에서 생명을 위협하는 침습성 진균 감염을 일으키는 가장 흔한 기회 병원체이기도 하다 2,3. C. albicans는 효모와 균사체 상태 사이에서 다형성 균류로 변형될 수 있습니다. 균사체 상태는 더 높은 독성, 더 강한 접착력, 세포 및 조직의 침입을 나타냅니다 4,5. 게다가, C. albicans는 의치, 카테터 및 스텐트와 같은 생물 의학 재료의 표면에 생물막을 형성 할 수 있습니다 1,6,7. 생물막의 조밀한 3차원 구조는 항진균제의 침투를 제한하고, 약 저항하는 유전자를 발현하고, 면역 체계 정리에 저항하기 위하여 진균 세포의 물질 대사를 하향 통제합니다 6,7. 그러므로, 생물막 관련 감염은 클리닉에서 상당히 까다롭다(8).
황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 응고효소 음성 포도상구균(coagulase-negative staphylococcus), 엔테로박터(enterobacter)는 PJI9를 유발하는 주요 병원체입니다. 진균 PJI의 발생률은 상대적으로 낮지만(약 1%)10, 진균 PJI의 치료비용은 더 높고11, 치료 주기는 더 길고11, 치료 성공률은 박테리아 PJI보다 낮다10. 최근 몇 년 동안 곰팡이 PJI의 발생률은 해마다 증가하고 있습니다10. 칸디다 PJI는 곰팡이 PJI10,12의 77%-84%를 차지하며, C. 알비칸스는 칸디다균(54%)에서 가장 흔합니다. 따라서 곰팡이 PJI를 연구해야 합니다.
현재 PJI는 (1) 감염된 보형물 제거, (2) 괴사조직 제거, (3) 항균 치료, (4) 재이식에 의한 재수술을 통해 치료하고 있습니다. 철저한 괴사조직 제거 후 골시멘트가 함유된 항생제를 투여하고, 환자에게 6주 이상 전신 항생제를 투여하여 감염을 효과적으로 조절한 후 새로운 임플란트를 식립한다13. 그러나, 이 방법은 조직 내의 병원체를 완전히 제거할 수 없으며, 장기간의 항균 요법으로 치료된 재발성 감염은 약물 내성 균주에서 발생할 가능성이 매우 높다 14,15,16.
PJI의 동물 모델을 확립하는 것은 PJI에 대한 신약 또는 치료제의 연구 및 개발에 중요합니다. PJI의 발달 과정에서 보철물 주위에 큰 사각지대가 형성되어 혈종이 형성되어 주변 조직의 혈액 공급을 더욱 차단하고 항생제의 효과를 손상시킵니다11,15. 보철물의 주변 환경을 모방하기 어렵기 때문에 전통적인 동물 모델은 PJI17,18의 실제 상황을 정확하게 시뮬레이션할 수 없습니다.
이 논문에서, 마우스의 C. albicans 생물막 관련 PJI 모델은 임상적으로 널리 사용되는 티타늄-니켈 와이어를 사용하여 관절 임플란트를 시뮬레이션하여구성되었습니다 19,20. 이 PJI 모델은 쉬운 작동, 높은 성공률, 높은 반복성 및 높은 임상 상관 관계의 장점을 보여줍니다. C. albicans 생물막 관련 PJI의 예방 및 치료를 연구하는 데 중요한 모델이 될 것으로 기대됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
수술 기구의 오염이나 수술 중 수술 환경으로 인한 감염은 대부분의 임플란트 감염의 주요 원인이다 24,25,26,27. 따라서 본 연구에서는 마우스 C. albicans 생물막 관련 PJI 모델을 구성하였다. 식염수에 현탁된 멸균 스테인리스강 입자를 임플란트로 사용한 기존 PJI 모델과 비교하여 본 연구에서는 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
산시성 자연과학재단(보조금 번호 2021SF-118)과 중국 국립자연과학재단(보조금 번호 81973409, 82204631)의 재정적 지원에 감사드립니다.
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 |
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