Summary

In Vivo Investigation of Antimicrobial Therapy luz azul para-multirresistente Acinetobacter baumannii queimadura Infecções Usando bioluminescência Imagiologia

Published: April 28, 2017
doi:

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

1. Preparação de Cultura Bacteriana Adicionar 7,5 mL de Brain Heart Infusion (BHI) meio para um tubo de centrífuga de 50 mL. Semente células A. baumannii no meio BHI e então incubar a cultura de A. baumannii numa incubadora orbital (37 ° C) durante 18 h. Centrifugar a cultura de células a 3500 x g durante 5 minutos, remover o sobrenadante, e lavar os sedimentos em solução salina tamponada com fosfato (PBS). Re-suspender as pelotas de bactérias em PBS fresco e pi…

Representative Results

A estirpe de A. baumannii que é usado um isolado clínico MDR, como relatado previamente 12, 17. A estirpe bacteriana foi feita bioluminescente pela transfecção de luxCDABE ópera 11. A Figura 1A mostra as sucessivas imagens de luminescência bacteriana de um rato representativo queimar infectado com 5 x 10 6 A. baumannii e exposto a uma única expo…

Discussion

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…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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.

Materials

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

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Citer Cet Article
Wang, Y., Harrington, O. D., Wang, Y., Murray, C. K., Hamblin, M. R., Dai, T. In Vivo Investigation of Antimicrobial Blue Light Therapy for Multidrug-resistant Acinetobacter baumannii Burn Infections Using Bioluminescence Imaging. J. Vis. Exp. (122), e54997, doi:10.3791/54997 (2017).

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