マウスにおけるカテーテル関連 カンジダ・アルビカンス 感染モデル
Summary
カテーテル上にバイオフィルムが形成され、C.albicansと宿主の相互作用が臨床CRIとよく相関するC.albicans関連カテーテル関連感染症(CRI)のマウスモデルを確立しました。このモデルは、C.albicansバイオフィルム関連CRIのスクリーニング療法に役立ち、臨床的変革の基礎を築きます。
Abstract
カテーテル関連感染症(CRI)は、カテーテル留置中に カンジダアルビカンス によって引き起こされる一般的な院内感染です。通常、バイオフィルムはカテーテルの外表面に形成され、患者にとって致命的な播種性感染症を引き起こします。診療所には効果的な予防と治療管理はありません。したがって、CRIの予防と治療のための新しい戦略の前臨床スクリーニングのためのCRIの動物モデルを確立することが急務です。本研究では、BALB/cマウスの背中に、広く使用されている医療用カテーテルであるポリエチレンカテーテルを脱毛後に挿入しました。 カンジダ その後、増強された緑色蛍光タンパク質を発現するATCC MYA-2876(SC5314)をカテーテルに沿って皮膚表面に接種しました。3日後に蛍光顕微鏡でカテーテル表面に強い蛍光が観察された。成熟した厚いバイオフィルムは、走査型電子顕微鏡によってカテーテルの表面に見つかりました。これらの結果は、カテーテル表面における カンジダ・アルビカンスの 接着、コロニー形成、およびバイオフィルム形成を示しました。表皮の過形成および皮膚標本における炎症細胞の浸潤は、CRI関連皮膚の組織病理学的変化を示した。以上をまとめると、マウスCRIモデルの確立に成功しました。このモデルは、 カンジダ・アルビカンス 関連CRIの治療管理の研究開発に役立つことが期待されます。
Introduction
近年、バイオメディカル材料の開発と応用に伴い、インプラント関連の感染症が困難な臨床問題として浮上しています1,2。診療所での医療用カテーテルの幅広い適用により、関連する感染症と死亡の数は毎年膨大になっています3,4。カテーテル関連感染症(CRI)の一般的な感染経路には、(1)皮膚表面の病原体が体内に侵入し、カテーテルの外表面に付着する5,6,7;(2)不適切な無菌操作由来の病原体がカテーテルに侵入し、付着し、コロニーを形成します。(3)血液循環中の病原体がカテーテルに付着してコロニーを形成する。(4)病原微生物に汚染された薬物。
カンジダはCRI 8,9の3番目に多い理由です。インプラントの表面にバイオフィルムが形成された後、血流感染やその他の生命を脅かす侵襲性カンジダ症を引き起こす可能性が非常に高いです。予後は不良で、死亡率は高い2。中心静脈挿入後2週間以内にカテーテルの表面にバイオフィルムが形成され、数週間後にカテーテルの内腔にバイオフィルムが形成されることが報告されています10,11。
医療用カテーテル上に形成されるカンジダ・アルビカンス(C. albicans)バイオフィルムは、酵母、間質、菌糸体からなる二重層ネットワークを示す12,13。 C.アルビカンスバイオフィルムの形成は、薬剤耐性と免疫回避の鍵であるだけでなく13、播種性胞子の生成にも不可欠であり、さらなる血行性感染2,12につながり、より深刻で生命を脅かす結果をもたらします。C.アルビカンス関連CRIは、臨床的真菌血流感染症の主な原因であり7,14、中心静脈カテーテルにおけるC.アルビカンス感染症患者の40%以上が菌血症に発展します15。
米国感染症学会によると、カンジダCRIの推奨治療には、(1)感染したカテーテルの除去が含まれます。(2)患者を14日間の全身抗真菌療法にさらす8;(3)新しいカテーテルを再移植する4.しかし、臨床現場では、カテーテルを完全に抜去できないことがあります。一部の患者は、全身性抗生物質と抗菌ロック療法でのみ治療でき、強い副作用を伴います16,17。
口腔咽頭カンジダ症モデル、膣カンジダ症モデル、カンジダ症によって引き起こされる侵襲性全身感染モデルなど、C.アルビカンスの既存の動物モデルは、臨床CRIとうまく相関できません18,19。そこで、本研究では、C. albicansをマウスに関連させたCRIモデルを確立した。臨床的に一般的に使用されるポリエチレンカテーテルを皮下インプラントとして使用し20,21、C.アルビカンスを皮膚表面に接種して、C.アルビカンスの医療用カテーテルへの接着とバイオフィルムの形成をシミュレートしました。
このモデルは、さまざまな治療薬の抗バイオフィルム効果をスクリーニングするために私たちの研究室で成功裏に使用されています22。また、カテーテル感染後のC.アルビカンスの検出遅延により、植込みカテーテル上のC.アルビカンスのコロニーやバイオフィルムを直感的に観察できるように、増強緑色蛍光タンパク質(EGFP)を含むC.アルビカンス株を作製し、マウスに接種しました。
Protocol
Representative Results
Discussion
CRIは、臨床診療で最も一般的な院内感染の1つです23。表皮、皮脂腺、毛包などの皮膚付属器の病原体はすべて、CRI23,24 の考えられる原因です。カンジダはCRIを引き起こす3番目に大きな病原体であり、カンジダ・アルビカンスは最も一般的なタイプのバイオフィルム感染症でした25,26<sup class="…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
陝西省自然科学基金会(助成金番号2021SF-118)および中国国家自然科学基金会(助成金番号81973409、82204631)からの財政的支援に感謝します。
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).
