En kateter-relateret Candida albicans infektionsmodel i mus
Summary
Vi etablerer en musemodel af C.albicans-associeret kateterrelateret infektion (CRI), hvor der dannes biofilm på kateteret, og interaktionen mellem C.albicans og værten korrelerer godt med den kliniske CRI. Denne model hjælper med at screene terapier for C.albicans biofilmassocierede CRI og lægger et fundament for klinisk transformation.
Abstract
Kateterrelateret infektion (CRI) er en almindelig nosokomiel infektion forårsaget af candida albicans under kateterimplantation. Typisk dannes biofilm på kateterets ydre overflade og fører til spredte infektioner, som er dødelige for patienterne. Der er ingen effektiv forebyggelse og behandlingsstyring i klinikker. Derfor haster det med at etablere en dyremodel for CRI til præklinisk screening af nye strategier til forebyggelse og behandling. I denne undersøgelse blev et polyethylenkateter, et meget anvendt medicinsk kateter, indsat i bagsiden af BALB / c-musene efter hårfjerning. Candida albicans ATCC MYA-2876 (SC5314), der udtrykker forbedret grønt fluorescerende protein, blev efterfølgende podet på hudens overflade langs kateteret. Intens fluorescens blev observeret på overfladen af kateteret under et fluorescerende mikroskop 3 dage senere. Modne og tykke biofilm blev fundet på overfladen af kateteret via scanningelektronmikroskopi. Disse resultater indikerede vedhæftning, kolonisering og biofilmdannelse af candida albicans på overfladen af kateteret. Hyperplasi af epidermis og infiltrationen af inflammatoriske celler i hudprøverne indikerede de histopatologiske ændringer i den CRI-associerede hud. For at opsummere blev en mus CRI-model etableret med succes. Denne model forventes at være nyttig i forskning og udvikling af terapeutisk behandling af candida albicans associeret CRI.
Introduction
I de senere år, med udvikling og anvendelse af biomedicinske materialer, fremstår implantatrelaterede infektioner som vanskelige kliniske problemer 1,2. Med den brede anvendelse af medicinske katetre i klinikker er antallet af relaterede infektioner og dødsfald enormt hvert år 3,4. De almindelige infektionsveje for en kateterrelateret infektion (CRI) omfatter: (1) patogener på overfladen af huden infiltrerer ind i kroppen og klæber til kateterets ydre overflade 5,6,7; (2) ukorrekte aseptiske driftsafledte patogener invaderer, klæber og koloniserer på kateteret (3) patogener i blodcirkulationen klæber og koloniserer på kateteret; (4) lægemidler forurenet med patogen mikroorganisme.
Candida er den tredje mest almindelige årsag til CRI 8,9. Det er meget sandsynligt, at det forårsager blodbaneinfektion og anden livstruende invasiv candidiasis, efter at biofilm er dannet på implantatets overflade. Prognosen er dårlig, og dødeligheden er høj2. Det rapporteres, at biofilm dannes på kateterets overflade inden for 2 uger efter central veneindsættelse og i kateterets lumen et par uger senere10,11.
Candida albicans (C. albicans) biofilm dannet på medicinske katetre udviser et dobbeltlags netværk sammensat af gær, stroma, og mycelium12,13. Dannelsen af C. albicans biofilm er ikke kun en nøgle til lægemiddelresistens og immununddragelse13, men også afgørende for at producere spredte sporer, hvilket fører til yderligere hæmatogen infektion 2,12 og resulterer i mere alvorlige og endda livstruende konsekvenser. C. albicans-associeret CRI er en væsentlig årsag til kliniske svampeinfektioneri blodbanen 7,14, og mere end 40% af patienter med C. albicans-infektion i det centrale venekateter vil udvikle sig til bakteriæmi15.
Ifølge Infectious Disease Society of America omfatter den anbefalede behandling af Candida CRI (1) fjernelse af det inficerede kateter; (2) udsætte patienterne for en 14 dages systemisk antimykotisk behandling8; (3) Genimplantation af et nyt kateter4. I kliniske applikationer kan katetre imidlertid ikke fjernes fuldstændigt nogle gange. Nogle patienter kan kun behandles med systemiske antibiotika og antimikrobiel låsebehandling ledsaget af stærke bivirkninger16,17.
Eksisterende dyremodeller af C. albicans, såsom orofaryngeal candidiasis-modellen, vaginal candidiasis-modellen og invasiv systemisk infektionsmodel forårsaget af candidiasis18,19, kan ikke korrelere godt med den kliniske CRI. Derfor blev der i denne undersøgelse etableret en C. albicans-associeret CRI-model i mus. Klinisk almindeligt anvendte polyethylenkatetre blev anvendt som subkutane implantater20,21, og C. albicans blev podet på hudoverfladen for at simulere vedhæftningen af C. albicans til de medicinske katetre og dannelsen af biofilm.
Denne model er med succes blevet brugt i vores laboratorium til at screene anti-biofilmeffekten af forskellige behandlinger22. På grund af forsinkelsesdetektion af C. albicans efter kateterinfektion blev en C. albicans-stamme indeholdende forbedret grønt fluorescerende protein (EGFP) konstrueret og podet i mus for at lette den intuitive observation af kolonierne og biofilmene af C. albicans på det implanterede kateter.
Protocol
Representative Results
Discussion
CRI er en af de mest almindelige nosokomielle infektioner i klinisk praksis23. Patogener i hudvedhængene, såsom epidermis, talgkirtler og hårsække, er alle mulige årsager til CRI23,24. Candida er det tredjestørste patogen, der forårsager CRI, hvor Candida albicans var den mest almindelige type biofilminfektion25,26. Derfor sigtede vi mod at opbygge en relev…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi er taknemmelige for den økonomiske støtte fra Natural Science Foundation of Shaanxi-provinsen (bevillingsnummer 2021SF-118) og National Natural Science Foundation of China (bevillingsnummer 81973409, 82204631).
Materials
| 0.5 Mactutrius turbidibris | Shanghai Lujing Technology Co., Ltd | 5106063 | |
| 2.5% glutaraldehyde fixative solution | Xingzhi Biotechnology Co., Ltd | DF015 | |
| 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 | |
| Butanol | Tianjin Chemio Reagent Co., Ltd | 200-889-7 | |
| Carbenicillin | Amresco | C0885 | |
| Eclipse Ci Nikon upright optical microscope | Nikon | Eclipse Ts2-FL | |
| Glucose | Macklin | D823520 | |
| Inoculation ring | Thermo Scientific | 251586 | |
| Isoflurane | RWD | 20210103 | |
| Paraformaldehyde | Beyotime Biotechnology | P0099 | |
| PAS dye kit | Servicebio | G1285 | |
| Peptone | Beijing Aoboxing Bio-tech Co., Ltd | 01-001 | |
| Polyethylene catheter | Shining Plastic Mall | PE100 | |
| 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 | |
| Xylene | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10023428 | |
| Yeast extract | Thermo Scientific Oxoid | LP0021B |
References
- Kojic, E. M., Darouiche, R. O. Candida infections of medical devices. microbiology reviews. 17 (2), 255-267 (2004).
- Giri, S., Kindo, A. J. A review of Candida species causing blood stream infection. Indian Journal of Medical Microbiology. 30 (3), 270-278 (2012).
- Weinstein, R. A., Darouiche, R. O. Device-associated infections: A macroproblem that starts with microadherence. Clinical Infectious Diseases. 33 (9), 1567-1572 (2001).
- Mermel, L. A., et al. Guidelines for the management of intravascular catheter-related infections. Clinical Infectious Diseases. 32 (9), 1249-1272 (2001).
- Seidler, M., Salvenmoser, S., Müller, F. -. M. C. In vitro effects of micafungin against Candida biofilms on polystyrene and central venous catheter sections. International Journal of Antimicrobial Agents. 28 (6), 568-573 (2006).
- Chaves, F., et al. Diagnosis and treatment of catheter-related bloodstream infection: Clinical guidelines of the Spanish Society of Infectious Diseases and Clinical Microbiology and (SEIMC) and the Spanish Society of Spanish Society of Intensive and Critical Care Medicine and Coronary Units (SEMICYUC). Medicina Intensiva. 42 (1), 5-36 (2018).
- Raad, I. I., Bodey, G. P. Infectious complications of indwelling vascular catheters. Clinical Infectious Diseases. 15 (2), 197-208 (1992).
- Paul DiMondi, V., Townsend, M. L., Johnson, M., Durkin, M. Antifungal catheter lock therapy for the management of a persistent Candida albicans bloodstream infection in an adult receiving hemodialysis. Pharmacotherapy. 34 (7), e120-e127 (2014).
- Bouza, E., Guinea, J., Guembe, M. The role of antifungals against candida biofilm in catheter-related candidemia. Antibiotics (Basel). 4 (1), 1-17 (2014).
- Raad, I., et al. Ultrastructural analysis of indwelling vascular catheters: a quantitative relationship between luminal colonization and duration of placement. The Journal of Infectious Diseases. 168 (2), 400-407 (1993).
- Yousif, A., Jamal, M. A., Raad, I. Biofilm-based central line-associated bloodstream infections. Advances in Experimental Medicine and Biology. 830, 157-179 (2015).
- Douglas, L. J. Candida biofilms and their role in infection. Trends in Microbiology. 11 (1), 30-36 (2003).
- Mack, D., et al. Biofilm formation in medical device-related infection. International Journal of Artificial Organs. 29 (4), 343-359 (2006).
- Schinabeck, M. K., et al. Rabbit model of Candida albicans biofilm infection: liposomal amphotericin B antifungal lock therapy. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 48 (5), 1727-1732 (2004).
- Anaissie, E. J., Rex, J. H., Uzun, O., Vartivarian, S. Predictors of adverse outcome in cancer patients with candidemia. The American Journal of Medicine. 104 (3), 238-245 (1998).
- Fujimoto, K., Takemoto, K. Efficacy of liposomal amphotericin B against four species of Candida biofilms in an experimental mouse model of intravascular catheter infection. Journal of Infection and Chemotherapy. 24 (12), 958-964 (2018).
- Shuford, J. A., Rouse, M. S., Piper, K. E., Steckelberg, J. M., Patel, R. Evaluation of caspofungin and amphotericin B deoxycholate against Candida albicans biofilms in an experimental intravascular catheter infection model. The Journal of Infectious Diseases. 194 (5), 710-713 (2006).
- Koh, A. Y., Köhler, J. R., Coggshall, K. T., Van Rooijen, N., Pier, G. B. Mucosal damage and neutropenia are required for Candida albicans dissemination. PLoS Pathogens. 4 (2), e35 (2008).
- Tucey, T. M., et al. Glucose homeostasis is important for immune cell viability during candida challenge and host survival of systemic fungal infection. Cell Metabolism. 27 (5), 988-1006 (2018).
- Lawrence, E. L., Turner, I. G. Materials for urinary catheters: a review of their history and development in the UK. Medical Engineering & Physics. 27 (6), 443-453 (2005).
- Schumm, K., Lam, T. B. Types of urethral catheters for management of short-term voiding problems in hospitalized adults: a short version Cochrane review. Neurourology and Urodynamics. 27 (8), 738-746 (2008).
- Mo, F., et al. Development and evaluation of a film forming system containing myricetin and miconazole nitrate for preventing candida albicans catheter-related infection. Microbial Drug Resistance. 28 (4), 468-483 (2022).
- Balikci, E., Yilmaz, B., Tahmasebifar, A., Baran, E. T., Kara, E. Surface modification strategies for hemodialysis catheters to prevent catheter-related infections: A review. Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials. 109 (3), 314-327 (2021).
- María, L. T., Alejandro, G. S., María Jesús, P. G. Central venous catheter insertion: Review of recent evidence. Best Practice & Research. Clinical Anaesthesiology. 35 (1), 135-140 (2021).
- Kojic, E. M., Darouiche, R. O. Candida infections of medical devices. Clinical Microbiology Reviews. 17 (2), 255-267 (2004).
- He, Y., et al. Retrospective analysis of microbial colonization patterns in central venous catheters, 2013-2017. Journal of Healthcare Engineering. 2019, 8632701 (2019).
- 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).
- Cantón-Bulnes, M. L., Garnacho-Montero, J. Practical approach to the management of catheter-related bloodstream infection. Revista Espanola de Quimioterapia. 32 Suppl 2 (Suppl 2), 38-41 (2019).
- Böhlke, M., Uliano, G., Barcellos, F. C. Hemodialysis catheter-related infection: prophylaxis, diagnosis and treatment. The Journal of Vascular Access. 16 (5), 347-355 (2015).
- Fang, X., et al. Effects of different tissue specimen pretreatment methods on microbial culture results in the diagnosis of periprosthetic joint infection. Bone & Joint Research. 10 (2), 96-104 (2021).
- Naumenko, Z. S., Silanteva, T. A., Ermakov, A. M., Godovykh, N. V., Klushin, N. M. Challenging diagnostics of biofilm associated periprosthetic infection in immunocompromised patient: A clinical case. Open Access Macedonian Journal of Medical Sciences. 7 (5), 786-790 (2019).
- Cai, Y., et al. Metagenomic next generation sequencing improves diagnosis of prosthetic joint infection by detecting the presence of bacteria in periprosthetic tissues. International Journal of Infectious Diseases. 96, 573-578 (2020).
- Samanipour, A., Dashti-Khavidaki, S., Abbasi, M. R., Abdollahi, A. Antibiotic resistance patterns of microorganisms isolated from nephrology and kidney transplant wards of a referral academic hospital. Journal of Research in Pharmacy Practice. 5 (1), 43-51 (2016).
- Huang, G., Huang, Q., Wei, Y., Wang, Y., Du, H. Multiple roles and diverse regulation of the Ras/cAMP/protein kinase A pathway in Candida albicans. Molecular Microbiology. 111 (1), 6-16 (2019).
- Garlito-Díaz, H., et al. A new antifungal-loaded sol-gel can prevent candida albicans prosthetic joint infection. Antibiotics (Basel). 10 (6), 711 (2021).
