Farede Kateterle İlişkili Candida albicans Enfeksiyon Modeli
Summary
Kateter üzerinde biyofilmin oluştuğu ve C.albicans ile konakçı arasındaki etkileşimin klinik CRI ile iyi korelasyon gösterdiği C.albicans ile ilişkili kateterle ilişkili enfeksiyonun (CRI) bir fare modelini oluşturduk. Bu model, C.albicans biyofilmle ilişkili CRI için tarama tedavilerine yardımcı olarak klinik dönüşüm için bir temel oluşturur.
Abstract
Kateter ilişkili enfeksiyon (CRI), kateter implantasyonu sırasında candida albicans’ın neden olduğu yaygın bir nozokomiyal enfeksiyondur. Tipik olarak, kateterin dış yüzeyinde biyofilmler oluşur ve hastalar için ölümcül olan yaygın enfeksiyonlara yol açar. Kliniklerde etkili bir önleme ve tedavi yönetimi yoktur. Bu nedenle, önlenmesi ve tedavisi için yeni stratejilerin klinik öncesi taranması için bir CRI hayvan modeli oluşturmak acildir. Bu çalışmada, yaygın olarak kullanılan bir tıbbi kateter olan polietilen kateter, epilasyondan sonra BALB/c farelerinin arkasına yerleştirildi. Candida albicans Gelişmiş yeşil floresan proteini eksprese eden ATCC MYA-2876 (SC5314) daha sonra kateter boyunca cildin yüzeyine aşılandı. 3 gün sonra floresan mikroskop altında kateter yüzeyinde yoğun floresan gözlendi. Taramalı elektron mikroskobu ile kateterin yüzeyinde olgun ve kalın biyofilmler bulundu. Bu sonuçlar, kateter yüzeyinde candida albicans’ın adezyonunu, kolonizasyonunu ve biyofilm oluşumunu gösterdi. Epidermisin hiperplazisi ve deri örneklerinde inflamatuar hücrelerin infiltrasyonu, CRI ile ilişkili derinin histopatolojik değişikliklerini gösterdi. Özetlemek gerekirse, bir fare CRI modeli başarıyla kuruldu. Bu modelin, candida albicans ilişkili CRI için terapötik yönetimin araştırılması ve geliştirilmesinde yardımcı olması beklenmektedir.
Introduction
Son yıllarda biyomedikal materyallerin gelişmesi ve uygulanması ile implant ilişkili enfeksiyonlar zor klinik problemler olarak karşımıza çıkmaktadır 1,2. Kliniklerde tıbbi kateterlerin yaygın olarak uygulanmasıyla, ilgili enfeksiyon ve ölümlerin sayısı her yılçok fazladır 3,4. Kateterle ilişkili bir enfeksiyonun (CRI) yaygın enfeksiyon yolları şunları içerir: (1) cilt yüzeyindeki patojenler vücuda sızar ve kateterin dış yüzeyine yapışır 5,6,7; (2) uygun olmayan aseptik operasyondan türetilen patojenler kateteri istila eder, yapışır ve kolonize olur; (3) kan dolaşımındaki patojenler katetere yapışır ve kolonize olur; (4) patojenik mikroorganizma ile kontamine olmuş ilaçlar.
Candida, CRI 8,9’un üçüncü en yaygın nedenidir. İmplant yüzeyinde biyofilmler oluştuktan sonra kan dolaşımı enfeksiyonuna ve diğer hayatı tehdit eden invaziv kandidiyazise neden olma olasılığı çok yüksektir. Prognoz kötüdür ve mortalite oranı yüksektir2. Santral venöz yerleştirildikten sonra 2 hafta içinde kateter yüzeyinde, birkaç hafta sonra ise kateter lümeninde biyofilm oluştuğu bildirilmektedir10,11.
Tıbbi kateterler üzerinde oluşan Candida albicans (C. albicans) biyofilmleri maya, stroma ve miselyumdan oluşan çift katmanlı bir ağ sergiler12,13. C. albicans biyofilmlerinin oluşumu sadece ilaç direnci ve bağışıklıktan kaçınma13 için bir anahtar değil, aynı zamanda daha fazla hematojen enfeksiyona 2,12 yol açan ve daha ciddi ve hatta yaşamı tehdit eden sonuçlara yol açan yayılmış sporların üretilmesi için hayati önem taşır. C. albicans ile ilişkili CRI, klinik fungal kan dolaşımı enfeksiyonlarının önemli bir nedenidir 7,14 ve santral venöz kateterde C. albicans enfeksiyonu olan hastaların %40’ından fazlası bakteriyemiyedönüşecektir 15.
Amerika Enfeksiyon Hastalıkları Derneği’ne göre, Candida CRI’nin önerilen tedavisi şunları içerir: (1) enfekte kateterin çıkarılması; (2) hastaları 14 günlük sistemik antifungal tedaviye tabi tutmak8; (3) yeni bir kateterin yeniden yerleştirilmesi4. Ancak klinik uygulamalarda kateterler bazen tam olarak çıkarılamamaktadır. Bazı hastalar sadece sistemik antibiyotikler ve antimikrobiyal kilit tedavisi ile tedavi edilebilir ve güçlü yan etkiler eşlik eder16,17.
Orofaringeal kandidiyazis modeli, vajinal kandidiyazis modeli ve kandidiyazisin neden olduğu invaziv sistemik enfeksiyon modeli gibi C. albicans 18,19 klinik CRI ile iyi korelasyon gösterememektedir. Bu nedenle, bu çalışmada, farelerde C. albicans ile ilişkili bir CRI modeli oluşturulmuştur. Klinik olarak yaygın olarak kullanılan polietilen kateterler subkutan implantlarolarak kullanıldı 20,21 ve C. albicans’ın tıbbi kateterlere yapışmasını ve biyofilm oluşumunu simüle etmek için cilt yüzeyine C. albicans aşılandı.
Bu model, farklı terapötiklerin anti-biyofilm etkisini taramak için laboratuvarımızda başarıyla kullanılmıştır22. Ek olarak, kateter enfeksiyonundan sonra C. albicans’ın gecikme tespiti nedeniyle, implante edilen kateter üzerindeki C . albicans kolonilerinin ve biyofilmlerinin sezgisel gözlemini kolaylaştırmak için farelerde gelişmiş yeşil floresan proteini (EGFP) içeren bir C . albicans suşu oluşturuldu ve aşılandı.
Protocol
Representative Results
Discussion
CRI, klinik pratikte en sık görülen nozokomiyal enfeksiyonlardan biridir23. Epidermis, yağ bezleri ve saç folikülleri gibi cilt uzantılarındaki patojenlerin tümü CRI 23,24’ün olası nedenleridir. Candida, CRI’ye neden olan üçüncü en büyük patojendir ve Candida albicans en yaygın biyofilm enfeksiyonu tipidir25,26. Bu nedenle, ilgili CRI’nin tedavi…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Shaanxi Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı’ndan (hibe numarası 2021SF-118) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı’ndan (hibe numaraları 81973409, 82204631) gelen mali destek için minnettarız.
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).
