Ein katheterbezogenes Candida albicans-Infektionsmodell in der Maus
Summary
Wir etablieren ein Mausmodell der C.albicans-assoziierten katheterassoziierten Infektion (CRI), in dem sich Biofilm auf dem Katheter bildet und die Interaktion zwischen C.albicans und Wirt gut mit der klinischen CRI korreliert. Dieses Modell hilft beim Screening von Therapien für C.albicans-Biofilm-assoziierte CRI und legt damit den Grundstein für die klinische Transformation.
Abstract
Die katheterassoziierte Infektion (CRI) ist eine häufige nosokomiale Infektion, die durch Candida albicans während der Katheterimplantation verursacht wird. Typischerweise bilden sich Biofilme auf der Außenfläche des Katheters und führen zu disseminierten Infektionen, die für die Patienten tödlich verlaufen. In Kliniken gibt es kein effektives Präventions- und Behandlungsmanagement. Daher ist es dringend erforderlich, ein Tiermodell für CRI für das präklinische Screening neuer Strategien zur Prävention und Behandlung zu etablieren. In dieser Studie wurde ein Polyethylen-Katheter, ein weit verbreiteter medizinischer Katheter, nach der Haarentfernung in den Rücken der BALB/c-Mäuse eingeführt. Candida albicans ATCC MYA-2876 (SC5314), das ein verstärktes grün fluoreszierendes Protein exprimiert, wurde anschließend entlang des Katheters auf der Hautoberfläche inokuliert. 3 Tage später wurde unter einem Fluoreszenzmikroskop eine intensive Fluoreszenz auf der Oberfläche des Katheters beobachtet. Mittels Rasterelektronenmikroskopie wurden reife und dicke Biofilme auf der Oberfläche des Katheters gefunden. Diese Ergebnisse deuten auf die Adhäsion, Besiedlung und Biofilmbildung von Candida albicans auf der Katheteroberfläche hin. Die Hyperplasie der Epidermis und die Infiltration von Entzündungszellen in die Hautproben deuteten auf die histopathologischen Veränderungen der CRI-assoziierten Haut hin. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es gelungen ist, ein Maus-CRI-Modell zu etablieren. Es wird erwartet, dass dieses Modell bei der Erforschung und Entwicklung des therapeutischen Managements für Candida albicans-assoziierte CRI hilfreich sein wird.
Introduction
In den letzten Jahren haben sich mit der Entwicklung und Anwendung biomedizinischer Materialien implantatbedingte Infektionen als schwierige klinische Probleme herauskristallisiert 1,2. Mit der breiten Anwendung von medizinischen Kathetern in Kliniken ist die Zahl der damit verbundenen Infektionen und Todesfälle jedes Jahr enorm 3,4. Zu den häufigsten Infektionswegen einer katheterbedingten Infektion (CRI) gehören: (1) Krankheitserreger auf der Hautoberfläche infiltrieren in den Körper und haften an der Außenfläche des Katheters 5,6,7; (2) unsachgemäße aseptische Krankheitserreger dringen in den Katheter ein, haften an ihm und besiedeln ihn; (3) Krankheitserreger im Blutkreislauf haften am Katheter und siedeln sich an; (4) Arzneimittel, die mit pathogenen Mikroorganismen kontaminiert sind.
Candida ist der dritthäufigste Grund für CRI 8,9. Es ist sehr wahrscheinlich, dass es zu einer Blutstrominfektion und anderen lebensbedrohlichen invasiven Candidiasis kommt, nachdem sich Biofilme auf der Oberfläche des Implantats gebildet haben. Die Prognose ist schlecht und die Sterblichkeitsrate hoch2. Es wird berichtet, dass sich innerhalb von 2 Wochen nach dem Einführen der Zentralvenen Biofilme auf der Oberfläche des Katheters und einige Wochen später im Lumen des Katheters bilden10,11.
Candida albicans (C. albicans) Biofilme, die auf medizinischen Kathetern gebildet werden, weisen ein doppelschichtiges Netzwerk aus Hefe, Stroma und Myzel auf12,13. Die Bildung von Biofilmen von C. albicans ist nicht nur ein Schlüssel für Arzneimittelresistenz und Immunevasion13, sondern auch entscheidend für die Produktion von disseminierten Sporen, was zu einer weiteren hämatogenen Infektionführt 2,12 und zu schwerwiegenderen und sogar lebensbedrohlichen Folgen führt. C. albicans-assoziierte CRI ist eine der Hauptursachen für klinische Pilzinfektionenim Blutkreislauf 7,14, und mehr als 40 % der Patienten mit C. albicans-Infektion im zentralen Venenkatheter entwickeln sich zu einer Bakteriämie15.
Nach Angaben der Infectious Disease Society of America umfasst die empfohlene Behandlung von Candida CRI (1) die Entfernung des infizierten Katheters; (2) die Patienten einer 14-tägigen systemischen antimykotischen Therapiezu unterziehen 8; (3) Reimplantation eines neuen Katheters4. In der klinischen Anwendung können Katheter jedoch manchmal nicht vollständig entfernt werden. Einige Patienten können nur mit systemischen Antibiotika und einer antimikrobiellen Lock-Therapie behandelt werden, die mit starken Nebenwirkungen einhergeht16,17.
Bestehende Tiermodelle von C. albicans, wie z. B. das oropharyngeale Candidiasis-Modell, das vaginale Candidiasis-Modell und das invasive systemische Infektionsmodell, das durch Candidiasis verursacht wird18,19, können nicht gut mit dem klinischen CRI korrelieren. Daher wurde in dieser Studie ein C. albicans-assoziiertes CRI-Modell in Mäusen etabliert. Als subkutane Implantate wurden klinisch häufig verwendete Polyethylenkatheter verwendet20,21, und C. albicans wurden auf die Hautoberfläche inokuliert, um die Adhäsion von C. albicans an den medizinischen Kathetern und die Bildung von Biofilmen zu simulieren.
Dieses Modell wurde in unserem Labor erfolgreich eingesetzt, um die Anti-Biofilm-Wirkung verschiedener Therapeutika zu untersuchen22. Darüber hinaus wurde aufgrund der verzögerten Detektion von C. albicans nach Katheterinfektion ein C. albicans-Stamm mit verstärktem grün fluoreszierendem Protein (EGFP) konstruiert und in Mäusen inokuliert, um die intuitive Beobachtung der Kolonien und Biofilme von C. albicans auf dem implantierten Katheter zu erleichtern.
Protocol
Representative Results
Discussion
CRI ist eine der häufigsten nosokomialen Infektionen in der klinischen Praxis23. Krankheitserreger in den Hautanhangsgebilden, wie Epidermis, Talgdrüsen und Haarfollikeln, sind mögliche Ursachen für CRI23,24. Candida ist der drittgrößte Erreger, der CRI verursacht, wobei Candida albicans die häufigste Form der Biofilminfektion war25,26. Daher haben wir uns …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir sind dankbar für die finanzielle Unterstützung durch die Natural Science Foundation of Shaanxi Province (Fördernummer 2021SF-118) und die National Natural Science Foundation of China (Fördernummern 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 |
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