人源化的小鼠模型来研究细菌感染瞄准微血管
Summary
脑膜炎奈瑟氏菌是感染血管人类特定的病原体。在这个协议中人类微血管被移植人体皮肤上免疫功能低下小鼠引入鼠标。菌粘附到广泛的人类血管，导致紫癜皮疹通常在人类病例观察到的血管损伤和发育。
Abstract
脑膜炎奈瑟菌引起严重的，常常是致命的败血症，当它进入人体血液流。感染导致的导致血管渗漏，紫癜皮疹和最终组织坏死的发展血管大面积损坏。研究这种感染的发病机制先前被人类特异性的细菌，这使得在体内模型难以限制。在这个协议中，我们描述了一种人源化模型用于这种感染在其中人体皮肤，含真皮微血管，接枝到免疫缺陷小鼠。这些血管吻合用鼠标血液循环，同时保持自己的人性化特点。一旦引入这种模式，N。脑膜炎奈瑟氏菌粘附只对人血管，导致广泛的血管损伤，炎症和紫癜皮疹的在某些情况下的开发。该协议描述了小说的嫁接，感染和评估步骤此模型N的XT 脑膜炎双球菌感染。该技术可以被应用到感染的血液流众多人的具体病原体。
Introduction
脑膜炎双球菌败血症是一种常见的致命性血液生感染引起的细菌病原体脑膜炎奈瑟菌 。脑膜炎双球菌败血症患者往往表现为对自己的皮肤瘀点或紫癜样皮疹先前已用所造成的循环细菌和细菌产物1血管破坏有关。从临床患者的皮肤活检显示与微血管相关的细菌，经常加注容器2。除了 细菌，广泛血栓形成，凝血，充血和血管渗漏是出现在紫癜地区3-5。此血管损伤可以导致皮肤和周围组织的广泛坏死，导致清创，甚至截肢中脑膜炎球菌幸存者。了解如何感染导致该血管损伤重要的是要优化的预防和治疗策略。多数对脑膜炎双球菌败血症研究已经在体外被执行上由于N的人类特异性的人细胞系中脑膜炎双球菌 。感染的许多方面进行了研究， 在体外包括细菌粘附，宿主细胞应答以及细胞因子反应6-9。 IV型菌毛（TFP）有牵连的主要黏附细胞器为N。脑膜炎奈瑟氏菌的上皮和内皮细胞10，这也被证明N的那粘附脑膜炎奈瑟氏菌的宿主细胞是剪切应力依赖性，因此被认为与血液流速在微血管11。这表明，细菌在体内遇到的动态应力是非常重要的发病机制。然而它是非常困难的小血管微环境模拟体外 。
的粘附受体的TFP 奈瑟菌仍是未知的，因此敲入战略，以实现细菌附着在动物模型不能在这个时候可以设想。 CD46被认为是TFP受体和转基因动物生产作为小鼠模型。然而，在感染这些动物不会导致大量的感染或皮疹发展12,13。已经被描述为奈瑟感染的菌血症方面的其他动物模型中考虑的细菌倾向于人转铁作为铁源14,15。无论是补充人体转铁蛋白或转基因导致增加细菌负荷在血液流在延长的时间内表达，但是，这个模型显示没有细菌粘附或皮疹发展16,17。
在这个协议中，我们描述了在其中人体皮肤，包括真皮的微血管，被移植到免疫缺陷小鼠18,19的人源化小鼠模型。这将导致在功能性人类血管，灌注用鼠标循环。结合人转铁蛋白补充剂，此米ODEL占至少两个N的人类特定方面脑膜炎奈瑟氏菌，即人类内皮细胞和人转铁蛋白， 在体内环境。N.脑膜炎静脉引入到这个模型特别坚持以人血管内皮细胞，产生病理类似于什么是报道在临床患者中，包括血管损伤和紫癜样皮疹发展18。
Protocol
1。风险和权限 当地的伦理委员会必须批准所有动物的协议，该协议是按照法国和欧洲法规对实验动物的护理和使用（Décrets87-848，2001-464，2001-486和2001-131和既定的方针进行欧盟指令2010/63/UE），并经当地伦理委员会科米特德ETHIQUE恩MATIERE德实验安尼米尔，巴黎大学笛卡儿 ，法国巴黎。编号：CEEA34.GD.002.11。 对人体皮肤，书面知情同意书患者按照法国国家指导方针，并获得所有程序进行，并经当地伦理委员会， 科米特D'评价ETHIQUE DE L'INSERM的IRB 00003888 FWA 00005881，法国巴黎意见：11-048 。 脑膜炎双球菌是一种潜在的有害的人类病原体和处理奥尔加当所有必要的预防措施，必须采取NISM。这些注意事项包括接种疫苗和生物安全下2级的条件下工作。 2。植皮收集人体皮肤接近嫁接时间成为可能。大多数皮肤这项工作的来自整形手术操作涉及的腹部。其他来源，如乳房，腿，甚至面部已被成功地使用。 通过清洁皮肤表面用70％乙醇和躺在其平放在一个良好的清洁的表面，优选地在一个流罩制备人皮肤样品。 从用皮带预置厚度皮肤的顶片200-400微米的切片。 检查皮肤切片的完整性和削减他们成2厘米×2厘米的正方形，然后在PBS的地方（没有二价阳离子），如果有10％的血清用于短期存放（3-12小时立即或在4℃的DMEM嫁接）。 麻醉6-8周龄SCID.bg小鼠（约20g），氯胺酮（100毫克/千克）和甲苯噻嗪（10毫克/千克），麟蹄反恐执行局的ip 一旦老鼠被麻醉，通过执行一个脚趾捏，建立疼痛反射的一种标准方法检查疼痛反应。应用凝胶对眼睛防止角膜干燥和剃除动物的左侧的肩部，其中，接枝将放在后面。按住鼠标温暖一个加热垫的整个过程。 准备推出小鼠手术后，清洗，用70％EtOH中的剃区域。 局部应用局部麻醉剂的接枝位点（Tronothane）并通过小心取出小鼠皮肤有一对弯曲的剪刀的表面层制备的接枝位点。要小心，不要破坏底层的血管。 除去皮肤的面积大于人体皮肤切片的面积稍小。 从PBS（或DMEM）去除皮肤切片，放置在移植床，保证表皮的一面朝上。步骤2.8-2.10应尽可能快地进行，保证了移植床不干燥。 对准一个角落或组织胶边和修复。皮肤切片的其他部分，适合移植床，放置少量的组织胶周围的边缘。总是修剪人体皮肤的大小，而不是使移植床大。 不要拉扯皮肤过紧过移植床的小鼠皮肤是非常灵活的。 确保移植物是固定的组织胶在每个角落。 清洁与碘溶液的区域。 套用一个创可贴与缓冲区域对移植物。确保创可贴是坚定的，但不紧，而动物的呼吸不受影响。 修复创可贴包扎带磁带。 让动物恢复上一个温暖的表面。 一旦醒来，回到动物笼子。动物圈养2-3个笼子。 恢复疼痛或困难的症状时定期检查小鼠。嫁接后10-14天，取出创可贴，小心不要破坏移植物。根据我们的经验术后疼痛是小正常。然而动物应每天监测特别是在以下操作中的几天。疼痛或痛苦的标准有以下几种。 体重下降超过10％ 物理外观，皮毛，驼背姿势，眼睛增加呼吸或心脏速率减少或不寻常波动。 体温上升万一疼痛的体征检测paracetamole口服给药（300毫克/公斤，每4小时）。人性化的端点被严格遵守，如果疼痛持续。 如果移植物看起来干燥适用婴儿油每隔2-3天，以保持肌肤水嫩。 接枝准备好实验后21天移植。 3。感染感染前一天，由裸奔到GCB琼脂平板上用适当的抗生素准备菌株。在5％的CO 2一夜之间成长在37℃。 活菌制剂 <ol> Reinoculate细菌到5ml的人类内皮细胞SFM培养基中含10％血清的OD 600 0.05。 孵化一边摇动2小时在恒温箱（37℃，5％CO 2）与松盖子，直至约OD 600 0.1细菌密度。 离心细菌3分钟15,000转。 去除上清，重悬在PBS中，然后再次离心。 两次重复洗涤步骤（2.2.4-2.2.5）。 重悬细菌沉淀在PBS中。 测量外径600。 使无论是外径600 0.1（108 CFU / ml），或外径600 1.0（10 9 CFU /毫升）的文化。从这个已知浓度，稀释至10 7 CFU /毫升。试着编写细菌接近注射时间成为可能。 老鼠 称取小鼠。 麻醉小鼠用氯胺酮（100毫克/千克）和赛拉嗪（10毫克/千克）腹腔注射一旦睡着了，C赫克的疼痛反应是不存在由脚趾捏，用热垫保持温暖的小鼠，并把眼药膏，以防止干燥。 给每只小鼠8毫克人转的，悬浮在生理盐水或PBS，腹腔注射取一小滴血从尾部蔓延到一个琼脂平板上检查血是之前感染无菌。 经眶后或尾静脉注射静脉注射100微升10 7 CFU /毫升细菌培养（106 CFU总）。 CFU采取5分钟后注射三围是一致的，无论注射部位。 几分钟后，剪断尾部和传播血样到琼脂平板上以适当的抗生素与一种稀释10倍来建立血液CFU紧随感染。 封尾与组织胶。 注射后，稀释细菌接种并传播到琼脂平板上用适当的抗生素，以建立CFU。 让老鼠恢复上一个隔热垫，直到他们和移动在6小时后感染吸取少量的血液从尾巴，稀释和板建立CFU 6小时。 所有培养琼脂平板上，37℃，5％CO2过夜。 4。牺牲在感染选定的时间，麻醉小鼠氯胺酮（100毫克/千克）和赛拉嗪（10毫克/千克）腹腔注射一旦睡着了，按住鼠标温暖，隔热垫。 当反射性疼痛已经消失了（脚趾捏），剪断尾尖和抽血。 蔓延到血液琼脂平板上用适当的抗生素; 5微升直接和10μl1:10稀释建立CFU。 颈椎脱位牺牲鼠标。 根据所有相关机构和道德准则牺牲鼠标后，确认死亡缺乏心脏的跳动。做一个正中切口，通过胸廓切开，使切口在听万吨。 收集尽可能多的血尽可能从心脏/胸腔和地方在无菌试管中。 除去内脏（ 如肝，脾，脑）进入无菌板。 去除皮肤移植物和小鼠皮肤的部分进入无菌板。 配置鼠标的身体。 后采集的血液已被允许凝结15分钟，离心它15分钟，以3,000 rpm。 从血液和存储中删除血浆在-80℃下用于以后的分析，例如用于细胞因子检测通过ELISA或流式细胞仪为基础的方法。 5。器官CFU计数称取均质包含每个之前，采取活检标本500微升PBS管。 通过各个组织4毫米活检标本用无菌活检穿孔。 地方活检到含有500微升PBS预先称重均质管。均质皮肤样本为2 mm珠，使用更小的珠子其他器官。 将剩余的吨在4％的多聚甲醛（PFA），并储存在4℃下进行显微镜问题（见下文）。 称取均质含有活组织切片检查，以确定活检重量（为CFU / mg组织以后计算）管。 均质样品。 均质肝，脾，脑，在6000转，持续30秒。 均质皮肤样品以6,000 rpm进行30秒，并在必要时重复。 从各均化管扩散稀释到琼脂平板上，并在5％CO 2生长过夜，在37℃建立器官的CFU计数。 6。组织学/免疫组化 固定术 修正了在4％PFA组织一夜之间在4°C。固定步骤可能会较长，如果存放时间较长的地方组织在0.25％的煤灰。 冲洗组织在PBS中，然后在20％蔗糖溶液放置并返回到4℃过夜，或直到组织下沉在该溶液中。 在PBS冲洗组织，切成一定尺寸和地点华侨城解决方案（无论是在组织模具或粘附于基板）。 快速地冻结在培养皿上漂浮在液态氮的组织中。 冻结后，将组织到干冰转移至-80℃存放前。 切片 从-80℃取出的组织，并允许平衡至-20℃的低温恒温器。 切片的组织的厚度为约10-15微米，并放置到涂覆的显微镜载玻片。 店幻灯片在-20°C，直到需要。 染色法 让幻灯片来室温。 借鉴与疏水笔滑动片左右。等待5-10分钟。 再水合/洗涤切片在PBS中5分钟，重复两次。 通透切片在0.1％的Triton的PBS 10分钟。 在PBS 2-3X 5分钟洗净。 在PBS块0.1％的Triton 1％BSA的10〜60分钟之间取决于所用的抗体或污垢。 除去封闭液，并添加所需的模块缓冲液稀释一抗。孵育确定的时间。 （通常1小时，在室温或过夜，4℃）。 在PBS 2-3X 5分钟洗净。 应用适当稀释在博克缓冲器的第二抗体; DAPI通常包含在这一步骤。孵育确定的时间，通常1-2小时，室温下，在黑暗中。 在PBS 2-3X 5分钟洗净。 在山褪色保护安装介质有玻璃盖和密封用指甲油。 图片立刻染色玻片或在4°C店用共聚焦或荧光显微镜设置了适当的用荧光滤镜/激光进行成像。 组织学 允许使用幻灯片组织学来室温。 使用作为染色玻片TANDARD苏木精/伊红染色协议。 放置在玻片架的幻灯片。 转机架解决方案之间的幻灯片按以下顺序： 2秒进入自来水。 3分钟在过滤苏木素液。 10秒到自来水。 10秒到蒸馏水中。 10秒为乙醇100％。 2秒进入过滤曙红。 10秒到自来水。 10秒为乙醇100％ 2分钟到二甲苯×3（浴I，II，III）。 马上转移，并添加几滴胶水固定到顶部上每个幻灯片，地方盖玻片，排除气泡，让干几个小时。 一个标准的白色光显微镜下的图像幻灯片。
Representative Results
CFU计数该N.在这些代表性成果用于脑膜炎菌株为N。 8013 脑膜炎克隆12，C群的临床分离株，表达了一个类I SB菌毛，OPA – ，OPC – ，PilC1 + / PilC2 + 20。该菌株已被工程化以从染色体插入18表达绿色荧光蛋白（GFP）。细菌菌落形成单位计数通过计数琼脂平板上的菌落数并计算任一CFU /毫升的血液或从已知体积镀组织的菌落形成单位/毫克建立。血球计数显示，5分钟静脉注射10 6 CFU的细菌后平均1.5×10 5 CFU /毫升在血液中循环（ 图1A）有。 6小时后计数平均为4.8×10 4 CFU /毫升。通过24小时的平均计数为2.4×10 4 CFU /毫升，但在本组10只小鼠中，5例没有检测到循环的细菌，而其他5有比较高的计数（ 图1A）。从皮肤样品之CFU计数表明大部分具有相当大的数，在人体皮肤的小鼠，平均为2.1×10 4 CFU的组织在6小时/毫克和组织在24小时4.4×10 2 CFU /毫克（ 图1B）的。对侧小鼠皮肤样本显示没有细菌数为24小时，6小时只有一个非常低的数字，显示出强烈的偏好N。脑膜炎在移植皮肤（ 图1B）的人类血管。在一般的细菌计数非常低到无法检测的采样中，虽然2动物那样，可能是由于受污染的血液，因为它们具有高循环细菌数量（ 图1C）相关节目的计数的其他器官。该模型也可以用于确定致病因子在体内的作用，例如，IV型PI李。细菌菌株与在pilD基因 21限定的突变，从而导致菌株缺乏TFP，以及pilC1基因8，缺乏建议TFP“粘附素”被引入到模型中。这些突变导致没有细菌黏附在人体皮肤移植，证实TFP是打在黏附在体内（ 图1D）的关键作用。 免疫组织化学/组织学在这些实验中，我们使用N。脑膜炎奈瑟氏菌菌株中表达的绿色荧光蛋白（GFP），以使荧光检测，而不需要二次染色。人类血管是用标记物对人类内皮细胞染色，或者CD31（PECAM-1）或外源凝集素荆豆凝集素（UEA）18,22。 的UEA偶联到罗丹明允许一步法染色（ 图2A-C）。细胞核可以被染色编辑用DAPI，以帮助确定组织结构（ 图2A-B）。 使用标准的苏木精/伊红染色进行组织学检查。皮肤的表皮/真皮边界是清晰可辨。炎症，血栓形成和血管渗漏浓缩至船只靠近该边界24小时感染（ 图2D）之后。血栓形成是可见几个小真皮血管，常伴有充血和炎症。泄漏的红血细胞出来进入组织可以看出，显示的血管损伤的广泛程度。在未感染小鼠移植皮肤的组织病理表现正常，没有明显区分炎症18。在大约30％的感染的细菌粘附于皮肤导致肉眼检测紫癜（ 图2E和2F）的发展。 <img alt="图1" fo:content-width= "“5英寸”FO：SRC" > 图1。 CFU计数（A）每毫升血液中5分钟，6小时，24小时后感染细菌CFU计数。 （B）细菌的CFU计数从在两个6小时和24小时后的感染人类的皮肤（HS）和小鼠皮肤（MS）进行比较的皮肤样品。 （三）细菌菌落形成单位计数从其他器官采取24小时后感染。 （ 四）从24小时后感染从感染了野生型小鼠全取人类和小鼠的皮肤样本比较的细菌CFU计数脑膜炎 2C43污点（WT），与在pilD基因（pilD）或在pilC1基因（pilC1）一个突变菌株的突变菌株。所有的图表都显示为原始数据与中位数。图是从Melican 等 18修改“_blank”>点击这里查看大图。 图2。显微镜（A）投影共焦堆栈显示一个人的微血管沾上UEA凝集素（红色）接近真皮（D）表皮（五）边界。该容器是感染N.脑膜炎双球菌 （绿色）2小时后感染。 （B）一种光学片和切片投影（C）示出N。脑膜炎双球菌菌落（绿色）感染的人类容器（UEA -红色）内植皮2小时后感染。人类皮肤移植（四）苏木素/伊红染色感染24小时与N。脑膜炎双球菌 。表皮（E），真皮（D）边界是清晰可见和广泛血栓形成和microvess拥堵ELS（箭头）被认为是在真皮。炎症和某些血管渗漏（箭头）也可被识别。 （ 五）人体皮肤移植前感染。 （F）相同的皮肤移植物（E）24小时后感染N.脑膜炎显示紫癜区域（箭头）。 图2B，2D，2E，2F和从Melican 等 18改装点击此处查看大图 。
Discussion
动物模型是细菌致病的研究非常重要。这是不可能完全模仿体内环境在细胞培养物和它正变得明显，宿主-病原体相互作用是由许多动态因素的影响。一些临床上重要的病原体，如N.人类特异性脑膜炎双球菌 ，艾滋病病毒，丙型肝炎病毒， 恶性疟原虫，单增李斯特菌和伤寒杆菌限制了使用体内模型对这些感染。然而，当我们开始明白这是参与特异性感染措施，正在制定人性化的模式。这里描述的协议是一个演示，这跟人介绍微血管到小鼠体内，使体内感染北路广脑膜炎 ，导致血管损伤和偶尔紫癜皮疹的发展。
利用该模型，我们已经能够确定该TFP的粘接性能都参与了体内血管定植通过使用细菌的突变体，且血管损伤减小在无粘附性18。此前，循环细菌产物有牵连的这种损害，但我们的研究结果表明局部黏附和血管定植了决定性的作用。这开辟了新颖的治疗目标发展的新的可能性。如果致病细菌的粘附可药用阻止它也可能防止皮肤的病变的发展，并导致对脑膜炎球菌幸存者在组织坏死，清创术和截肢方面更好的结果。工作也展示了感染的复杂性和免疫反应和凝血级联的参与。我们确定感染小鼠的血清中人类细胞因子信号尽管相对少量的人类内皮细胞存在18。这个指示的显著细胞因子应答，随着鼠标的免疫细胞群的渗入区。
动物模型当然可以永远不能完全复制人类疾病并且所有结果从他们身上获取了必须考虑到这一点。例如，在该模型中的血液循环和细胞是小鼠来源的，我们不能忽视它们可以有不同的行为对人类细胞。这样做的优点然而，如在我们最近的出版物18，是由从该循环的小鼠细胞的人类血管内皮细胞分化的信号始发的能力。在此模型中使用的小鼠的免疫功能低下的背景也将允许人的免疫细胞群的同种异体传递，增加了进一步的“人源化”的方面。然而小鼠的免疫功能低下的背景可能会掩盖对于NK细胞，T细胞或B细胞，它们都缺乏或缺陷在该模型中的作用。相对肖尔在这个模型中采用t时间内（24小时）主要关心的是先天的反应，但对于长期的感染和免疫等方案的开发可能需要探讨。
皮肤是一种重要的感染部位为N。脑膜炎但具有相对少量的人力船也意味着数据外推到一个涉及许多器官全身性感染是困难的。虽然这种模式可以用于皮肤病灶发展的研究中，不包括脑膜炎双球菌感染，如上皮细胞和血脑过路的重要步骤。这些人性化的模式需要进一步发展，以解决这些感染等方面。不过这款机型提供了众多人的特定的病原体，特别是那些针对血管潜力巨大。
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
笔者想给Dumenil实验室的所有成员，特别是西尔克·席尔瓦感谢手稿的批判性阅读。手术部门总医院东欧人乔治 – 蓬皮杜（HEGP），大卫Maladry博士。迈克尔Hivelin和帕特里克Bruneval博士，病理学系HEGP。动物设施在PARCC，由伊丽莎白于克为首。这项工作是支持的以下授权机构：玛丽·居里奖学金IEF没有。 273223（KM），ATIP-艾文莉格兰特从INSERM，CODDIM设备补助金（法兰西岛地区），FRM（倒基金会LA RECHERCHEmédicale）设备补助金，卓越联盟的IBEID实验室，ANR（法新社国立倒拉RECHERCHE）授予“臭虫式流动“。资助者在研究设计，数据收集和分析，发布的决定，或准备稿子没有任何作用。
Materials
| DMEM | Gibco Invitrogen | 31885-023 | |
| Phosphate buffered saline | Gibco Invitrogen | 10010-056 | |
| Ketamine 500 | Virbac France | LOT N°VAL4243 | |
| Xylazine | Bayer Healthcare | AMM N° FR/8146715 2/1980 | LOT N° KPO809S |
| (Rompun 2%) | |||
| Optigel | Europhta | Medicament autorisé N°3400933521134 | |
| Lacrigel | |||
| Tronothane | Lisa Pharma | ||
| GC agar Base | Conda | 1106 | |
| Human endothelium SFM media | Gibco Invitrogen | 11111 | |
| Fetal bovine serum | P A A | A15-101 | |
| Human transferrin | Sigma-Aldrich | T3309 | |
| UEA lectin – rhodamine | Vector Labs | RL-1062 | |
| Hematoxylin | Sigma-Aldrich | H9627 | |
| Eosin | Sigma-Aldrich | E4009 | |
| Xylene | Sigma-Aldrich | 534056 | |
| Humeca BV, Holland | 4.SB01 | ||
| Equiptment Name | Company | Catalogue Number | |
| Sober Hand Dermatome | Humeca BV, Holland | 4.SB01 | |
| Animal housing | Innovive | M-BTM-C8 | |
| Biopsy punch (4 mm) | Dominic Dutscher | 30737 | |
| Fast-Prep lysing matrix M tubes | MP Bio | 116923050 | |
| MagNA Lyzer Green Beads | Roche | 3358941001 | |
| MagNA Lyzer | Roche | 3358976001 | |
| Vectashield mounting media | Vector Labs | H-1000 | |
| Vetbond | 3M | 1469SB | Tissue Glue |
| OCT tissue tek | Sakura | 4583 |
Referências
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Citar este artigo
Melican, K., Aubey, F., Duménil, G. Humanized Mouse Model to Study Bacterial Infections Targeting the Microvasculature. J. Vis. Exp. (86), e51134, doi:10.3791/51134 (2014).