En kateterrelaterad Candida albicans-infektionsmodell hos mus
Summary
Vi etablerar en musmodell av C.albicans-associerad kateterrelaterad infektion (CRI), där biofilm bildas på katetern, och interaktionen mellan C.albicans och värd korrelerar väl med den kliniska CRI. Denna modell hjälper till att screena terapier för C.albicans biofilm-associerade CRI, vilket lägger en grund för klinisk transformation.
Abstract
Kateterrelaterad infektion (CRI) är en vanlig nosokomial infektion som orsakas av candida albicans under kateterimplantation. Vanligtvis bildas biofilmer på kateterns utsida och leder till spridda infektioner, som är dödliga för patienterna. Det finns ingen effektiv förebyggande och behandlingshantering på kliniker. Därför är det angeläget att etablera en djurmodell av CRI för preklinisk screening av nya strategier för dess förebyggande och behandling. I den här studien sattes en polyetenkateter, en allmänt använd medicinsk kateter, in i ryggen på BALB/c-mössen efter hårborttagning. Candida albicans ATCC MYA-2876 (SC5314), som uttrycker förhöjt grönt fluorescerande protein, inokulerades därefter på hudens yta längs katetern. Intensiv fluorescens observerades på kateterns yta under ett fluorescerande mikroskop 3 dagar senare. Mogna och tjocka biofilmer hittades på kateterns yta via svepelektronmikroskopi. Dessa resultat indikerade vidhäftning, kolonisering och biofilmbildning av candida albicans på kateterns yta. Hyperplasi av epidermis och infiltration av inflammatoriska celler i hudproverna indikerade histopatologiska förändringar i den CRI-associerade huden. Sammanfattningsvis etablerades en mus-CRI-modell framgångsrikt. Denna modell förväntas vara till hjälp vid forskning och utveckling av terapeutisk behandling av candida albicans associerad CRI.
Introduction
Under de senaste åren, med utveckling och tillämpning av biomedicinska material, har implantatrelaterade infektioner blivit svåra kliniska problem 1,2. Med den breda användningen av medicinska katetrar på kliniker är antalet relaterade infektioner och dödsfall enormt varje år 3,4. De vanligaste infektionsvägarna för en kateterrelaterad infektion (CRI) inkluderar: (1) patogener på hudens yta infiltrerar in i kroppen och fäster på kateterns yttre yta 5,6,7; (2) felaktiga patogener som härrör från aseptisk operation invaderar, fäster och koloniserar på katetern; (3) patogener i blodcirkulationen fäster och koloniserar på katetern; (4) Läkemedel som är kontaminerade av patogena mikroorganismer.
Candida är den tredje vanligaste orsaken till CRI 8,9. Det är mycket troligt att det orsakar infektion i blodomloppet och annan livshotande invasiv candidiasis efter att biofilmer har bildats på implantatets yta. Prognosen är dålig och dödligheten är hög. Det rapporteras att biofilmer bildas på kateterns yta inom 2 veckor efter central venös insättning och i kateterns lumen några veckor senare10,11.
Biofilmer av Candida albicans (C. albicans) som bildas på medicinska katetrar uppvisar ett dubbelskiktsnätverk bestående av jäst, stroma och mycel12,13. Bildandet av C. albicans biofilmer är inte bara en nyckel till läkemedelsresistens och immunflykt13 utan också avgörande för att producera spridda sporer, vilket leder till ytterligare hematogen infektion 2,12 och resulterar i allvarligare och till och med livshotande konsekvenser. C. albicans-associerad CRI är en viktig orsak till kliniska svampinfektioneri blodomloppet 7,14, och mer än 40 % av patienterna med C. albicans-infektion i den centrala venkatetern kommer att utvecklas till bakteriemi15.
Enligt Infectious Disease Society of America inkluderar den rekommenderade behandlingen av Candida CRI (1) avlägsnande av den infekterade katetern; (2) utsätta patienterna för en 14 dagars systemisk svampdödande behandling8; (3) Återimplantation av en ny kateter4. I kliniska tillämpningar kan katetrar dock ibland inte tas bort helt. Vissa patienter kan endast behandlas med systemisk antibiotika och antimikrobiell låsbehandling, åtföljd av kraftiga biverkningar16,17.
Befintliga djurmodeller av C. albicans, såsom orofaryngeal candidiasis-modellen, vaginal candidiasis-modellen och invasiv systemisk infektionsmodell orsakad av candidiasis18,19 kan inte korrelera väl med den kliniska CRI. Därför etablerades i denna studie en C. albicans-associerad CRI-modell i möss. Kliniskt vanliga polyetenkatetrar användes som subkutana implantat20,21, och C. albicans inokulerades på hudytan för att simulera vidhäftningen av C. albicans till de medicinska katetrarna och bildandet av biofilmer.
Denna modell har framgångsrikt använts i vårt laboratorium för att screena anti-biofilmeffekten av olika terapier22. Dessutom, på grund av fördröjningsdetektionen av C. albicans efter kateterinfektion, konstruerades och inokulerades en C. albicans-stam som innehöll förstärkt grönt fluorescerande protein (EGFP) i möss för att underlätta intuitiv observation av kolonierna och biofilmerna av C. albicans på den implanterade katetern.
Protocol
Representative Results
Discussion
CRI är en av de vanligaste nosokomiala infektionerna i klinisk praxis23. Patogener i hudbihangen, såsom epidermis, talgkörtlar och hårsäckar, är alla möjliga orsaker till CRI23,24. Candida är den tredje största patogenen som orsakar CRI, där Candida albicans var den vanligaste typen av biofilmsinfektion25,26. Därför strävade vi efter att bygga en rele…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi är tacksamma för det ekonomiska stödet från Natural Science Foundation of Shaanxi Province (anslagsnummer 2021SF-118) och National Natural Science Foundation of China (anslagsnummer 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).
