마우스의 카테터 관련 칸디다 알비칸스 감염 모델
Summary
우리는 카테터에 생물막이 형성되고 C.albicans와 숙주 간의 상호 작용이 임상 CRI와 잘 상관되는 C.albicans 관련 카테터 관련 감염(CRI)의 마우스 모델을 확립합니다. 이 모델은 C.albicans 생물막 관련 CRI에 대한 치료법을 스크리닝하여 임상 혁신을 위한 토대를 마련하는 데 도움이 됩니다.
Abstract
카테터 관련 감염(CRI)은 카테터 이식 중 칸디다 알비칸스에 의해 발생하는 흔한 병원 내 감염입니다. 일반적으로 생물막은 카테터의 외부 표면에 형성되어 환자에게 치명적인 파종성 감염을 유발합니다. 클리닉에는 효과적인 예방 및 치료 관리가 없습니다. 따라서 CRI의 예방 및 치료를 위한 새로운 전략의 전임상 스크리닝을 위한 CRI의 동물 모델을 확립하는 것이 시급합니다. 본 연구에서는 널리 사용되는 의료용 카테터인 폴리에틸렌 카테터를 제모 후 BALB/c 마우스의 등에 삽입하였다. 칸디다 알비칸스(Candida albicans) 이후 강화된 녹색 형광 단백질을 발현하는 ATCC MYA-2876(SC5314)을 카테터를 따라 피부 표면에 접종했습니다. 강렬한 형광은 3일 후 형광 현미경으로 카테터 표면에서 관찰되었습니다. 성숙하고 두꺼운 생물막은 주사 전자 현미경을 통해 카테터의 표면에서 발견되었습니다. 이러한 결과는 카테터 표면에 칸디다 알비칸스(candida albicans)의 접착력, 집락화 및 생물막 형성을 나타냈습니다. 표피의 증식과 피부 표본의 염증 세포 침투는 CRI 관련 피부의 조직 병리학적 변화를 나타냈다. 요약하자면, 마우스 CRI 모델이 성공적으로 설정되었습니다. 이 모델은 칸디다 알비칸스(candida albicans)와 관련된 CRI에 대한 치료 관리의 연구 및 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.
Introduction
최근 몇 년 동안 생물 의학 재료의 개발 및 적용으로 임플란트 관련 감염이 어려운 임상 문제로 부상하고 있습니다 1,2. 클리닉에서 의료용 카테터가 광범위하게 적용됨에 따라 관련 감염 및 사망 건수는 매년 엄청납니다 3,4. 카테터 관련 감염(CRI)의 일반적인 감염 경로는 다음과 같습니다: (1) 피부 표면의 병원체가 체내로 침투하여 카테터의 외부 표면에 부착됩니다 5,6,7; (2) 부적절한 무균 수술 유래 병원균이 카테터에 침입, 부착 및 식민지화됩니다. (3) 혈액 순환의 병원체가 카테터에 부착되어 서식합니다. (4) 병원성 미생물에 오염된 약물.
칸디다균은 CRI 8,9의 세 번째로 흔한 원인입니다. 임플란트 표면에 생물막이 형성된 후 혈류 감염 및 기타 생명을 위협하는 침습성 칸디다증을 유발할 가능성이 매우 높습니다. 예후가 나쁘고 사망률이 높다2. 생물막은 중심 정맥 삽입 후 2 주 이내에 카테터 표면에 형성되고 몇 주 후에 카테터의 내강에 형성된다고보고되었습니다10,11.
의료용 카테터에 형성된 칸디다 알비칸스(C. albicans) 생물막은 효모, 기질 및 균사체12,13으로 구성된 이중층 네트워크를 나타냅니다. C. albicans biofilms의 대형은 약물 내성 및 면역 회피13의 열쇠일 뿐만 아니라 더 많은 혈액 감염 2,12로 이어지고 더 심각하고 심지어 생명을 위협하는 결과를 초래하는 확산된 포자를 생성하는 데 필수적입니다. C. albicans-associated CRI는 임상적 진균 혈류 감염의 주요 원인이며7,14, 중심 정맥 카테터에 C. albicans 감염 환자의 40% 이상이 균혈증으로 발전한다15.
미국 전염병 학회(Infectious Disease Society of America)에 따르면, 칸디다 CRI의 권장 치료법은 다음과 같습니다: (1) 감염된 카테터 제거; (2) 환자에게 14일간의 전신 항진균 요법실시 8; (3) 새로운 카테터 재이식4. 그러나 임상 적용에서는 카테터를 완전히 제거할 수 없는 경우가 있습니다. 일부 환자는 전신 항생제와 항균 잠금 요법으로만 치료할 수 있으며, 강한 부작용이 동반된다16,17.
구인두 칸디다증 모델, 질 칸디다증 모델 및 칸디다증에 의한 침습성 전신 감염 모델과 같은 C. albicans의 기존 동물 모델은 임상 CRI와 잘 상관될 수 없습니다18,19. 따라서 본 연구에서는 마우스에서 C. albicans 관련 CRI 모델을 확립했습니다. 임상적으로 일반적으로 사용되는 폴리에틸렌 카테터를 피하 임플란트로 사용하였고20,21 C. albicans를 피부 표면에 접종하여 C. albicans가 의료용 카테터에 부착되고 생물막이 형성되는 것을 시뮬레이션하였다.
이 모델은 다양한 치료제의 항생물막 효과를 스크리닝하기 위해 우리 실험실에서 성공적으로 사용되었습니다22. 또한, 카테터 감염 후 C. 알비칸의 지연 검출로 인해, 이식된 카테터에서 C. 알비칸의 콜로니 및 생물막의 직관적인 관찰을 용이하게 하기 위해 향상된 녹색 형광 단백질(EGFP)을 함유하는 C. 알비칸스 균주를 구축하고 마우스에 접종했습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
CRI는 임상 실습에서 가장 흔한 병원 감염 중 하나이다23. 표피, 피지선 및 모낭과 같은 피부 부속지의 병원균은 모두 CRI23,24의 가능한 원인입니다. 칸디다균은 CRI를 유발하는 세 번째로 큰 병원체이며, 칸디다 알비칸스(Candida albicans)는 생물막 감염의 가장 흔한 유형이었습니다25,26</su…
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 | |
| 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).
