Infections caused by multidrug-resistant (MDR) bacterial strains have emerged as a serious threat to public health, necessitating the development of alternative therapeutics. We present a protocol to evaluate the effectiveness of antimicrobial blue light (aBL) therapy for MDR Acinetobacter baumannii infections in mouse burns by using bioluminescence imaging.
Queime infecções continuam a ser uma importante causa de morbidade e mortalidade. O aparecimento crescente de bactérias resistentes a múltiplas drogas (MDR) levou à falha frequente de tratamentos com antibióticos tradicionais. alternativas terapêuticas são urgentemente necessários para combater bactérias MDR.
Uma abordagem não-antibiótico inovador, luz azul antimicrobiana (ABL), demonstrou eficácia promissora contra infecções MDR. O mecanismo de acção de Abl não é ainda bem compreendido. É geralmente formulada a hipótese de que ocorre naturalmente cromóforos endógenos fotossensibilizantes em bactérias (por exemplo, porfirinas de ferro livre, as flavinas, etc.) são excitados por Abl, que por sua vez produz citotóxicos espécies reactivas de oxigénio (ROS) através de um processo fotoquímico.
Ao contrário de uma outra abordagem antimicrobiana à base de luz, antimicrobiana terapia fotodinâmica (APDT), terapia Abl não requer o envolvimento de um photosensitiz exógenoer. Tudo que precisa para entrar em vigor é a irradiação de luz azul; por conseguinte, é simples e barata. Os receptores ABL são os fotossensibilizadores celulares endógenos em bactérias, em vez do ADN. Assim, Abl acredita-se ser muito menos genotóxico para as células do que a irradiação ultravioleta C (UVC), o que provoca danos no DNA directamente nas células hospedeiras hospedeiras.
Neste artigo, apresentamos um protocolo para avaliar a eficácia da terapia de ABL para MDR Acinetobacter baumannii infecções em um mouse modelo de queimaduras. Usando uma cepa bioluminescente engenharia, fomos capazes de monitorar de forma não invasiva a extensão da infecção em tempo real em animais vivos. Esta técnica é também uma ferramenta eficaz para o controlo da distribuição espacial de infecções em animais.
Queimam infecções, que são frequentemente referidas por causa de lesões térmicas cutâneas, continuam a ser uma causa importante de morbidade e mortalidade 1. O tratamento de infecções da queimadura foi ainda mais comprometida pelo aumento da emergência de (MDR) 2 estirpes bacterianas resistentes a múltiplas drogas, devido ao uso de antibióticos. Uma bactéria Gram-negativas MDR importantes é Acinetobacter baumannii, que é conhecida por estar associada com feridas de batalha recentes e é resistente a quase todos os antibióticos disponíveis 3. A presença de biofilmes na focos ferida foi avaliado 4, 5 e acredita-se que exacerbam a tolerância a antibióticos e a defesa do hospedeiro 6, 7, causando infecções persistentes 8, 9. Portanto, há uma pressing preciso para o desenvolvimento de tratamentos alternativos. Na Estratégia Nacional recentemente anunciado de Combate às bactérias resistentes aos antibióticos, o desenvolvimento de terapias alternativas aos antibióticos tem sido observado como uma ação por parte do governo dos Estados Unidos 10.
abordagens antimicrobianas à base de luz, como indicado pelo seu nome, requerem irradiação de luz com ou sem outros agentes. Estas abordagens incluem a terapia antimicrobiana fotodinâmica (APDT), ultravioleta C (UVC) irradiação, e luz azul antimicrobiana (Abl). Em estudos anteriores, que demonstraram eficácia em matar promissor MDR estirpes bacterianas 11, 12, 13. Entre as três abordagens à base de luz, a ABL tem atraído cada vez mais atenção nos últimos anos devido às suas propriedades antibacterianas intrínsecas sem o uso de fotossensibilizantes 14. em comparIson para APDT, Abl envolve apenas o uso de luz, enquanto APDT requer uma combinação de luz e um fotossensibilizador. Portanto, Abl é simples e de baixo custo 14. Em comparação com UVC, Abl acredita-se ser muito menos citotóxico e genotóxico para células 15 hospedeiras.
O objetivo deste protocolo é investigar a eficácia da ABL para o tratamento de infecções de queimaduras causadas por MDR A. baumannii em um modelo de mouse. Nós usamos bactérias patogênicas bioluminescentes para desenvolver novos modelos de ratos de infecções de queimaduras que permitem o monitoramento não-invasivo da carga bacteriana em tempo real. Em comparação com o método tradicional de recolha de amostras de fluido corporal / tecido e plaqueamento subsequente e colónia de contagem 16, esta técnica fornece resultados precisos. O processo de amostragem de tecidos pode apresentar uma outra fonte de erro experimental. Desde a intensidade da luminescência bacteriana é linearmente proporcional à corresponding bacteriana CFU 17, podemos medir directamente a sobrevivência de bactérias depois de uma certa dose de irradiação de luz. Ao monitorizar a carga bacteriana em animais vivos receber o tratamento com luz, em tempo real, a cinética da morte bacteriana pode ser caracterizado utilizando um número significativamente reduzido de ratinhos.
Abl é um novo método para o tratamento de infecções. Desde o seu mecanismo de ação é completamente diferente da de quimioterapia, é mais de uma fisioterapia. O agente que medeia o efeito antimicrobiano é a irradiação de luz azul (400-470 nm). Com o desenvolvimento de LEDs azuis, ganhamos acesso a uma abordagem antimicrobiano à base de luz simples e eficaz para infecções MDR.
Neste protocolo, descrevemos o desenvolvimento de um modelo de rato de infecções de queimaduras causad…
The authors have nothing to disclose.
This work was supported in part by the Center for Integration of Medicine and Innovative Technology (CIMIT) under the U.S. Army Medical Research Acquisition Activity Cooperative Agreement (CIMIT No. 14-1894 to TD) and the National Institutes of Health (1R21AI109172 to TD). YW was supported by an ASLMS Student Research Grant (BS.S02.15). We are grateful to Tayyaba Hasan, PhD at the Wellman Center for her co-mentorship for YW.
IVIS | PerkinElmer Inc, Waltham, MA | IVIS Lumina Series III | Pre-clinical in vivo imaging |
Light-emitting diode LED | VieLight Inc, Toronto, Canada | 415 nm | Light source for illumination |
Power/energy meter | Thorlabs, Inc., Newton, NJ | PM100D | Light irradiance detector |
Mouse | Charles River Laboratories, Wilmington, MA | BALB/c | 7-8 weeks age, 17-19 g weight |
Acinetobacter baumannii | Brooke Army Medical Center, Fort Sam Houston, TX | Clinical isolate | Engineered luminescent strain |
Insulin Syringes | Fisher Scientific | 14-826-79 | BD Lo-Dose U-100 Insulin Syringes for injection |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | 721016 | 0.9% Sodium Chloride |
Phosphate Buffered Saline, 1X Solution | Fisher Scientific | BP24384 | A standard phosphate buffer used in many biomolecular procedures |
Brain Heart Infusion | Fisher Scientific | B11059 | Bacterial culture medium |
Falcon 15mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-959-70C | For bacterial suspension centrifuge |
Benchtop Incubated Orbital Shakers | Laboratory Supply Network, Inc, Atkinson, NH | Incu-Shaker Mini | For culturing of bacteria |
Inoculating Loops | Fisher Scientific | 22-363-605 | For smearing bacterial inoclum on burn surface of mice |
Fisher Scientific Redi-Tip Pipet Tips, 1-200µL | Fisher Scientific | 02-707-502 | Pipet Tips |
Thermo Scientific Sorvall Legend X1 Centrifuge | Fisher Scientific | 75-004-220 | For bacterial suspension seperation |
Brass Block | Small Parts, Inc., Miami, FL | 10 mm by 10 mm | For creation of burns in mice |
Extreme Dragon PBI/Kevlar High-Heat Gloves | Superior Glove Works Ltd, Cheektowaga, NY | PBI83514 | Heat Resistant Gloves |
Greiner dishes | Sigma-Aldrich Co. LLC | P5112-740EA | 35 mm ×10 mm |
Corning Digital Hot Plate | Cole-Parmer Instrument Company, LLC | UX-84301-65 | 10" x 10", 220 VAC, for boiling water |
Mouse/Rat Thin Line Water Heated Surgical Bed | E-Z Systems | EZ-211 | Prevents heat loss and hypothermia during surgery |