Un modelo de infección por Candida albicans relacionada con catéteres en ratones
Summary
Establecemos un modelo murino de infección relacionada con el catéter (IRC) asociada a C. albicans, en el que se forma una biopelícula en el catéter, y la interacción entre C. albicans y el huésped se correlaciona bien con el IRC clínico. Este modelo ayuda a cribar terapias para el IRC asociado a la biopelícula de C. albicans , sentando las bases para la transformación clínica.
Abstract
La infección relacionada con catéteres (IRC) es una infección nosocomial común causada por candida albicans durante la implantación de catéteres. Por lo general, las biopelículas se forman en la superficie externa del catéter y conducen a infecciones diseminadas, que son fatales para los pacientes. No hay una prevención y un tratamiento eficaces en las clínicas. Por lo tanto, es urgente establecer un modelo animal de IRC para el cribado preclínico de nuevas estrategias para su prevención y tratamiento. En este estudio, se insertó un catéter de polietileno, un catéter médico ampliamente utilizado, en la parte posterior de los ratones BALB/c después de la depilación. Candida albicans Posteriormente, se inoculó ATCC MYA-2876 (SC5314) que expresa proteína fluorescente verde mejorada en la superficie de la piel a lo largo del catéter. Se observó una intensa fluorescencia en la superficie del catéter bajo un microscopio fluorescente 3 días después. Se encontraron biopelículas maduras y gruesas en la superficie del catéter mediante microscopía electrónica de barrido. Estos resultados indicaron la adhesión, colonización y formación de biopelículas de Candida albicans en la superficie del catéter. La hiperplasia de la epidermis y la infiltración de células inflamatorias en las muestras de piel indicaron los cambios histopatológicos de la piel asociada a la IRC. En resumen, se estableció con éxito un modelo CRI de ratón. Se espera que este modelo sea útil en la investigación y el desarrollo del manejo terapéutico para el IRC asociado a Candida albicans .
Introduction
En los últimos años, con el desarrollo y la aplicación de materiales biomédicos, las infecciones relacionadas con implantes están emergiendo como problemas clínicos difíciles 1,2. Con la amplia aplicación de catéteres médicos en las clínicas, el número de infecciones y muertes relacionadas es enorme cada año 3,4. Las vías de infección comunes de una infección relacionada con el catéter (IRC) incluyen: (1) los patógenos en la superficie de la piel se infiltran en el cuerpo y se adhieren a la superficie externa del catéter 5,6,7; (2) los patógenos derivados de la operación aséptica inadecuada invaden, se adhieren y colonizan el catéter; (3) los patógenos en la circulación sanguínea se adhieren y colonizan el catéter; (4) medicamentos contaminados por microorganismos patógenos.
La cándida es la tercera causa más común de IRC 8,9. Es muy probable que cause infección del torrente sanguíneo y otras candidiasis invasivas potencialmente mortales después de que se formen biopelículas en la superficie del implante. El pronóstico es malo y la tasa de mortalidad es alta2. Se ha reportado que se forman biopelículas en la superficie del catéter dentro de las 2 semanas posteriores a la inserción venosa central y en la luz del catéter unas semanas después10,11.
Las biopelículas de Candida albicans (C. albicans) formadas en catéteres médicos exhiben una red de doble capa compuesta por levaduras, estroma y micelio12,13. La formación de biopelículas de C. albicans no solo es clave para la resistencia a los medicamentos y la evasión inmune13, sino que también es vital para producir esporas diseminadas, lo que conduce a una mayor infección hematógena 2,12 y tiene consecuencias más graves e incluso potencialmente mortales. La IRC asociada a C. albicans es una de las principales causas de infecciones clínicas del torrente sanguíneo fúngico 7,14, y más del 40% de los pacientes con infección por C. albicans en el catéter venoso central desarrollarán bacteriemia15.
Según la Sociedad Americana de Enfermedades Infecciosas, el tratamiento recomendado para el CRI de Candida incluye (1) la extracción del catéter infectado; (2) someter a los pacientes a una terapia antifúngica sistémica de 14 días8; (3) Reimplante de un nuevo catéter4. Sin embargo, en aplicaciones clínicas, a veces los catéteres no se pueden quitar por completo. Algunos pacientes solo pueden ser tratados con antibióticos sistémicos y terapia de bloqueo antimicrobiano, acompañados de fuertes efectos secundarios16,17.
Los modelos animales existentes de C. albicans, como el modelo de candidiasis orofaríngea, el modelo de candidiasis vaginal y el modelo de infección sistémica invasiva causada por candidiasis18,19 no pueden correlacionarse bien con el IRC clínico. Por lo tanto, en este estudio, se estableció un modelo de CRI asociado a C. albicans en ratones. Se utilizaron catéteres clínicos de polietileno de uso común como implantes subcutáneos20,21, y se inocularon C. albicans en la superficie de la piel para simular la adhesión de C. albicans a los catéteres médicos y la formación de biopelículas.
Este modelo se ha utilizado con éxito en nuestro laboratorio para evaluar el efecto anti-biofilm de diferentes terapias22. Además, debido al retraso en la detección de C. albicans después de la infección por catéter, se construyó una cepa de C. albicans que contenía proteína verde fluorescente mejorada (EGFP) y se inoculó en ratones para facilitar la observación intuitiva de las colonias y biopelículas de C. albicans en el catéter implantado.
Protocol
Representative Results
Discussion
El CRI es una de las infecciones nosocomiales más frecuentes en la práctica clínica23. Los patógenos en los apéndices de la piel, como la epidermis, las glándulas sebáceas y los folículos pilosos, son todas posibles causas de IRC23,24. Candida es el tercer patógeno más grande que causa IRC, en el cual Candida albicans fue el tipo más común de infección por biopelícula25,26<…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos el apoyo financiero de la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Shaanxi (número de subvención 2021SF-118) y de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (números de subvención 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 |
Riferimenti
- 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).
