מודל זיהום קנדידה אלביקנס הקשור לצנתר בעכבר
Summary
אנו מבססים מודל עכברי של זיהום הקשור לצנתר C.albicans (CRI), שבו נוצר ביופילם על הצנתר, והאינטראקציה בין C.albicans למארח מתואמת היטב עם CRI הקליני. מודל זה מסייע לסנן טיפולים עבור CRI הקשור לביופילם של C.albicans , ומניח בסיס לשינוי קליני.
Abstract
זיהום הקשור לצנתר (CRI) הוא זיהום נוסוקומי נפוץ הנגרם על ידי קנדידה אלביקנס במהלך השתלת קטטר. בדרך כלל, ביופילמים נוצרים על פני השטח החיצוניים של הצנתר ומובילים לזיהומים מופצים, שהם קטלניים לחולים. אין מניעה וניהול טיפול יעיל במרפאות. לכן, דחוף להקים מודל בעלי חיים של CRI לסינון פרה-קליני של אסטרטגיות חדשות למניעתו ולטיפול בו. במחקר זה, צנתר פוליאתילן, צנתר רפואי בשימוש נרחב, הוחדר לחלק האחורי של עכברי BALB/c לאחר הסרת שיער. קנדידה אלביקנס ATCC MYA-2876 (SC5314) המבטא חלבון פלואורסצנטי ירוק משופר חוסן לאחר מכן על פני העור לאורך הצנתר. פלואורסצנטיות אינטנסיבית נצפתה על פני הצנתר תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי 3 ימים לאחר מכן. ביופילמים בוגרים ועבים נמצאו על פני הצנתר באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק. תוצאות אלה הצביעו על הידבקות, נשאות והיווצרות ביופילם של קנדידה אלביקנס על פני הצנתר. היפרפלזיה של האפידרמיס וחדירת תאים דלקתיים בדגימות העור הצביעו על השינויים ההיסטופתולוגיים של העור הקשור ל- CRI. לסיכום, מודל CRI עכבר הוקם בהצלחה. מודל זה צפוי להיות מועיל במחקר ופיתוח של ניהול טיפולי עבור קנדידה אלביקנס הקשורים CRI.
Introduction
בשנים האחרונות, עם הפיתוח והיישום של חומרים ביו-רפואיים, זיהומים הקשורים לשתלים מתגלים כבעיות קליניות קשות 1,2. עם היישום הרחב של צנתרים רפואיים במרפאות, מספר זיהומים הקשורים ומוות הוא עצום מדי שנה 3,4. נתיבי הזיהום הנפוצים של זיהום הקשור לצנתר (CRI) כוללים: (1) פתוגנים על פני העור חודרים לגוף ונצמדים לפני השטח החיצוניים של הצנתר 5,6,7; (2) פתוגנים שמקורם בפעולה אספטית לא תקינה פולשים, נצמדים ומתיישבים בצנתר; (3) פתוגנים במחזור הדם נצמדים ומתיישבים בצנתר; (4) תרופות מזוהמות על ידי מיקרואורגניזם פתוגני.
קנדידה היא הסיבה השלישית בשכיחותה ל-CRI 8,9. סביר מאוד להניח שהוא יגרום לזיהום בזרם הדם ולקנדידה פולשנית מסכנת חיים אחרת לאחר היווצרות ביופילמים על פני השטח של השתל. הפרוגנוזה גרועה, והתמותה גבוהה2. מדווח כי ביופילמים נוצרים על פני הצנתר תוך שבועיים לאחר החדרת ורידי מרכזי ובלומן של הצנתר מספר שבועות לאחר מכן10,11.
ביופילמים של קנדידה אלביקנס (C. albicans) שנוצרו על צנתרים רפואיים מציגים רשת דו-שכבתית המורכבת משמרים, סטרומה ותפטיר12,13. היווצרות ביופילמים של C. albicans היא לא רק מפתח לעמידות לתרופות ולהתחמקות חיסונית13, אלא גם חיונית לייצור נבגים מפוזרים, מה שמוביל לזיהום המטוגני נוסף 2,12 ומביא לתוצאות חמורות יותר ואף מסכנות חיים. C. albicans-associated CRI הוא הגורם העיקרי לזיהומים קליניים פטרייתיים בזרם הדם 7,14, ויותר מ-40% מהחולים עם זיהום C. albicans בצנתר ורידי מרכזי יתפתחו לחיידק15.
על פי האגודה למחלות זיהומיות של אמריקה, הטיפול המומלץ בקנדידה CRI כולל (1) הסרת הצנתר הנגוע; (2) מתן טיפול אנטי-פטרייתי סיסטמי בן 14 יום8; (3) השתלה מחדש של צנתר חדש4. עם זאת, ביישומים קליניים, צנתרים לא ניתן להסיר באופן מלא לפעמים. חלק מהחולים יכולים להיות מטופלים רק עם אנטיביוטיקה סיסטמית וטיפול נעילה מיקרוביאלית, מלווה תופעות לוואי חזקות 16,17.
מודלים קיימים של בעלי חיים של C. albicans, כגון מודל קנדידיזיס אורופרינגיאלי, מודל קנדידיזיס בנרתיק, ומודל זיהום מערכתי פולשני הנגרם על ידי קנדידה18,19 אינם יכולים להיות מתואמים היטב עם CRI קליני. לכן, במחקר זה נקבע מודל CRI הקשור ל-C. albicans בעכברים. צנתרי פוליאתילן נפוצים קליניים שימשו כשתלים תת-עוריים20,21, ו-C. albicans חוסנו על פני העור כדי לדמות את ההיצמדות של C. albicans לצנתרים הרפואיים ואת היווצרות הביופילמים.
מודל זה שימש בהצלחה במעבדה שלנו כדי לסנן את אפקט האנטי-ביופילם של טיפולים שונים22. בנוסף, בשל זיהוי הפיגור של C. albicans לאחר זיהום בצנתר, זן C. albicans המכיל חלבון פלואורסצנטי ירוק משופר (EGFP) נבנה וחוסן בעכברים כדי להקל על התצפית האינטואיטיבית של מושבות וביופילמים של C. albicans על הצנתר המושתל.
Protocol
Representative Results
Discussion
CRI הוא אחד הזיהומים הנוזוקומיאליים הנפוצים ביותר בקליניקה23. פתוגנים בתוספות העור, כגון האפידרמיס, בלוטות החלב וזקיקי השיער, הם כולם גורמים אפשריים ל- CRI23,24. קנדידה הוא הפתוגן השלישי בגודלו הגורם ל- CRI, שבו קנדידה אלביקנס היה הסוג הנפוץ 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 | |
| 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).
