Een kathetergerelateerd Candida albicans-infectiemodel bij muizen
Summary
We stellen een muismodel op van C.albicans-geassocieerde kathetergerelateerde infectie (CRI), waarbij biofilm zich vormt op de katheter, en de interactie tussen C.albicans en gastheer goed correleert met de klinische CRI. Dit model helpt bij het screenen van therapieën voor C.albicans biofilm-geassocieerde CRI, waarmee een basis wordt gelegd voor klinische transformatie.
Abstract
Kathetergerelateerde infectie (CRI) is een veel voorkomende nosocomiale infectie die wordt veroorzaakt door candida albicans tijdens de implantatie van een katheter. Meestal worden biofilms gevormd op het buitenoppervlak van de katheter en leiden ze tot verspreide infecties, die dodelijk zijn voor patiënten. Er zijn geen effectieve preventie en behandeling in klinieken. Daarom is het dringend noodzakelijk om een diermodel van CRI op te stellen voor de preklinische screening van nieuwe strategieën voor de preventie en behandeling ervan. In deze studie werd een polyethyleen katheter, een veelgebruikte medische katheter, na ontharing in de rug van de BALB/c-muizen ingebracht. Candida albicans ATCC MYA-2876 (SC5314), dat versterkt groen fluorescerend eiwit tot expressie brengt, werd vervolgens geënt op het huidoppervlak langs de katheter. Intense fluorescentie werd 3 dagen later waargenomen op het oppervlak van de katheter onder een fluorescerende microscoop. Rijpe en dikke biofilms werden gevonden op het oppervlak van de katheter via scanning elektronenmicroscopie. Deze resultaten duidden op de adhesie, kolonisatie en biofilmvorming van candida albicans op het oppervlak van de katheter. De hyperplasie van de epidermis en de infiltratie van ontstekingscellen in de huidmonsters duidden op histopathologische veranderingen van de CRI-geassocieerde huid. Kortom, er is met succes een muis-CRI-model opgesteld. Dit model zal naar verwachting nuttig zijn bij het onderzoek en de ontwikkeling van therapeutische behandeling voor candida albicans-geassocieerde CRI.
Introduction
In de afgelopen jaren, met de ontwikkeling en toepassing van biomedische materialen, komen implantaatgerelateerde infecties naar voren als moeilijke klinische problemen 1,2. Met de brede toepassing van medische katheters in klinieken is het aantal gerelateerde infecties en sterfgevallen elk jaar enorm 3,4. De meest voorkomende infectieroutes van een kathetergerelateerde infectie (CRI) zijn onder meer: (1) ziekteverwekkers op het huidoppervlak infiltreren in het lichaam en hechten zich aan het buitenoppervlak van de katheter 5,6,7; (2) onjuiste aseptische operatie-afgeleide pathogenen dringen de katheter binnen, hechten zich eraan en koloniseren deze; (3) ziekteverwekkers in de bloedsomloop hechten en koloniseren zich aan de katheter; (4) geneesmiddelen die besmet zijn met pathogene micro-organismen.
Candida is de derde meest voorkomende reden voor CRI 8,9. Het is zeer waarschijnlijk dat het een bloedbaaninfectie en andere levensbedreigende invasieve candidiasis veroorzaakt nadat biofilms op het oppervlak van het implantaat zijn gevormd. De prognose is slecht en het sterftecijfer is hoog2. Er wordt gemeld dat biofilms worden gevormd op het oppervlak van de katheter binnen 2 weken na centraal veneuze insertie en in het lumen van de katheter een paar weken later10,11.
Candida albicans (C. albicans) biofilms gevormd op medische katheters vertonen een dubbellaags netwerk dat bestaat uit gist, stroma en mycelium12,13. De vorming van C. albicans-biofilms is niet alleen een sleutel tot resistentie tegen geneesmiddelen en immuunontwijking13, maar ook van vitaal belang voor de productie van verspreide sporen, wat leidt tot verdere hematogene infectie 2,12 en resulteert in ernstigere en zelfs levensbedreigende gevolgen. C. albicans-geassocieerde CRI is een belangrijke oorzaak van klinische schimmelinfectiesin de bloedbaan 7,14, en meer dan 40% van de patiënten met een C. albicans-infectie in de centraal veneuze katheter zal zich ontwikkelen tot bacteriëmie15.
Volgens de Infectious Disease Society of America omvat de aanbevolen behandeling van Candida CRI (1) verwijdering van de geïnfecteerde katheter; (2) het onderwerpen van de patiënten aan een systemische antischimmeltherapie van 14 dagen8; (3) het opnieuw implanteren van een nieuwe katheter4. In klinische toepassingen kunnen katheters soms echter niet volledig worden verwijderd. Sommige patiënten kunnen alleen worden behandeld met systemische antibiotica en antimicrobiële slottherapie, wat gepaard gaat met sterke bijwerkingen16,17.
Bestaande diermodellen van C. albicans, zoals het orofaryngeale candidiasismodel, het vaginale candidiasismodel en het invasieve systemische infectiemodel veroorzaakt door candidiasis18,19 kunnen niet goed correleren met de klinische CRI. Daarom werd in deze studie een C. albicans-geassocieerd CRI-model bij muizen opgesteld. Klinisch veelgebruikte polyethyleenkatheters werden gebruikt als subcutane implantaten20,21, en C. albicans werden geïnoculeerd op het huidoppervlak om de hechting van C. albicans aan de medische katheters en de vorming van biofilms te simuleren.
Dit model is met succes gebruikt in ons laboratorium om het anti-biofilmeffect van verschillende therapieën te screenen. Bovendien werd, als gevolg van de vertragingsdetectie van C. albicans na katheterinfectie, een C. albicans-stam met verbeterd groen fluorescerend eiwit (EGFP) geconstrueerd en geïnoculeerd bij muizen om de intuïtieve observatie van de kolonies en biofilms van C. albicans op de geïmplanteerde katheter te vergemakkelijken.
Protocol
Representative Results
Discussion
CRI is een van de meest voorkomende nosocomiale infecties in de klinische praktijk23. Ziekteverwekkers in de huidaanhangsels, zoals de opperhuid, talgklieren en haarzakjes, zijn allemaal mogelijke oorzaken van CRI23,24. Candida is de op twee na grootste ziekteverwekker die CRI veroorzaakt, waarbij Candida albicans het meest voorkomende type biofilminfectie was25,26</sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We zijn dankbaar voor de financiële steun van de Natural Science Foundation van de provincie Shaanxi (subsidienummer 2021SF-118) en de National Natural Science Foundation of China (subsidienummers 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).
