בדיקות אבחון רגישות מיקרוביאלית הנוכחי מסתמך על צמיחה של planktonic מבודד ב מזין, עשיר תנאים אירוביים. כאן, אנו מעסיקים בינוני חלופה כיח מלאכותית ללמוד הרגישות מיקרוביאלית של Pseudomonas aeruginosa biofilms תחת שני תנאים אירוביים ו microaerophilic נציג נוסף של הריאה סיסטיק פיברוזיס.
גוברת הדאגה לגבי הרלוונטיות של במבחנה הבדיקות הרגישות מיקרוביאלית כשמדובר מבודד של פ ' aeruginosa מ סיסטיק פיברוזיס (CF) חולים. שיטות קיימות להסתמך על יחיד או מבודד כמה גדל aerobically ו planktonically. מראש לחתוך-offs רגילים להגדיר האם החיידקים רגישים או עמידים בפני אנטיביוטיקה נתון 1. עם זאת, במהלך דלקות ריאה כרוניות ב CF, פ אוכלוסיות aeruginosa קיימים biofilms ויש ראיות לכך הסביבה היא microaerophilic בעיקר 2. ההבדל שטרק בתנאים בין חיידקים בריאה לבין אלה במהלך בדיקות אבחון בספק את הרלוונטיות אמינות ואפילו של בדיקות אלה 3.
בינוני כיח מלאכותית (ASM) היא בינונית התרבות המכיל את מרכיבי כיח החולה CF, כולל חומצות אמינו, mucin ו-DNA חופשי. פ aeruginosa </ Em> גידול בצמיחה מחקה ASM במהלך זיהומים CF, עם הקמתה של עצמי צבירה מבנים biofilm ו סטייה האוכלוסייה 4,5,6. מטרת מחקר זה הייתה לפתח assay microtitre-הצלחת ללמוד הרגישות מיקרוביאלית של פ ' aeruginosa מבוסס על הצמיחה ASM, שהוא החלים על שני התנאים microaerophilic ו אירובית.
Assay ASM פותחה בפורמט צלחת microtitre. פ biofilms aeruginosa הורשו לפתח במשך 3 ימים לפני הדגירה עם סוכני מיקרוביאלית בריכוזים שונים עבור 24 שעות. לאחר הפרעה biofilm, כדאיות התא נמדדה על ידי מכתימה עם resazurin. Assay זה נעשה שימוש כדי לקבוע את התא המינימלי נייחים ריכוז מעכבות (SMIC) של tobramycin עבור 15 פ 'שונה מבודד aeruginosa בתנאים אירוביים ו microaerophilic וערכים SMIC הושוו לאלו שהושגו עם צמיחה מרק סטנדרטי. בעוד שישראיות עבור ערכים מיקרופון מוגבר מבודד שגודלו ASM בהשוואה לעמיתיהם planktonic שלהם, ההבדלים הגדולים ביותר נמצאו עם חיידקים שנבדקו בתנאים microaerophilic, אשר הראו עמידות מוגברת יותר של עד פי 128>, לקראת tobramycin במערכת ASM כאשר לעומת מבחני שבוצעו בתנאים אירוביים.
היעדר קשר בין בדיקות שוטפות שיטות הרגישות ואת התוצאה הקלינית הטיל ספק בתוקפו של השיטות הקיימות 3. כמה במודלים חוץ גופית שימשו בעבר כדי ללמוד פ ' aeruginosa biofilms 7, 8. עם זאת, שיטות אלו מבוססות על biofilms משטח המצורפת, בעוד biofilms ASM דומות לאלו שנצפו ריאות CF 9. בנוסף, ריכוז חמצן מופחת ריר הוכח לשנות את אופן הפעולה של פ ' aeruginosa 2 ולהשפיע על רגישות לאנטיביוטיקה 10. לכן usinגרם ASM בתנאים microaerophilic יכול לספק סביבה מציאותית יותר שבו ללמוד הרגישות מיקרוביאלית.
במחקר זה השתמשנו במודל חוץ גופית הרומן מבוסס על ASM לשכפל פ biofilm aeruginosa התנאים בתוך 4 ריאות CF. מודל שונה בהצלחה בדיקות בקנה מידה קטן תפוקה גבוהה, של סוכני מיקרוביאלית.
השלבים הקריטיים של assay זה הם:
היישום הברור של דגם בקנה מידה קטן biofilm ASM היא קביעה מציאותית יותר של רגישויות biofilm מיקרוביאלית (BSMIC 90). נישות אנאירוביים ו microaerophilic נמצאים ריאות CF ויש ראיות לכך חמצן מוגבל עמוק בתוך biofilms בוגרת 2, 17. כאן אנו מראים כי 10/14 פ קליני מבודד aeruginosa מ CF המטופלת ספוטה התערוכה רב (4 – ≥ 128 לקפל) ירידה רגישות tobramycin בתנאים microaerophilic ב ASM. תוצאות המחקר הזה מצביעים על כך אנטיביוטיקה, כגון tobramycin, עשוי להיות פחות יעיל נגד פ aeruginosa דלקות ריאות CF מכפי שצוין על ידי שיטות בדיקה המקובלות הרגישות. תוצאות אלו משקפות מחקרים קודמים על הרגישות מיקרוביאלית של biofilms 10. קטןמבחני ASM בקנה מידה ובכך לספק פלטפורמה פשוטה תפוקה גבוהה ליצירת משמעות הנתונים הרגישות אנטיביוטיות כדי ליידע טוב יותר החלטות טיפוליות. Assay מוגבל באותו אופן כמו בדיקה רגילה רגישות אנטיביוטיקה כי מושבות בודדות נקטפים להקרנה כי לא יכול להיות מייצג של האוכלוסייה כולה. עם זאת, אנו מאמינים כי הגישה (א) שימוש לא לפני השטח צמיחה biofilm המצורף (ב) החל על תנאים microaerophilic, מהווה חלופה ברורה שיפור פוטנציאל השיטות הקיימות. אנו מסיקים כי assay הזה הוא מודל מתאים ללמוד פ ' biofilm aeruginosa אוכלוסיות. בדיקות נוספות במסגרות קליניות היה לברר אם רגישויות אנטיביוטיות על בסיס biofilm, גדל פ aeruginosa יכול להוביל לבחירות אנטיביוטיות שונות עם תוצאות מיקרוביולוגיות וקליניים שיפור פוטנציאלי. חקירות דומות תוך שימוש במודלים הקלאסיים biofilm הראו כי ערכי BSMIC להובילהמלצות שונות לטיפול אנטיביוטי 5,17.
בנוסף בדיקת היעילות של אנטי זיהומיות סוכנים, מערכת ASM מייצג אלטרנטיבה זולה, פשוטה לשחזור כדי בבעלי חיים ללימודים כגון אלה להבנת פיזור פ aeruginosa אוכלוסיות. ראינו הטרוגניות רב האוכלוסיות הטבעיות של פ ' aeruginosa התאושש CF המטופלת ספוטה 18, 19. גיוון פנוטיפי ו genotypic דומה ניתן לראות במהלך הצמיחה ASM 4 (נתונים שלא פורסמו שלנו), מה שהופך אותו אטרקטיבי במודל חוץ גופית התנאים ריאות CF. הפשטות היחסית של המודל ASM מקל לתכנן לטווח ארוך ניסויים התאמה מכוונת, למשל, על ניטור ההשפעות של אנטיביוטיקה או לחצים אחרים על פ ' האוכלוסייה aeruginosa סטייה. בנוסף, חיידקים פתוגנים נוספים ניתן לגדלASM. לדוגמה, Fouhy et al. 2007 השתמשו ASM ללמוד היווצרות biofilm ש ' maltophillia 20.
The authors have nothing to disclose.
אנו מכירים את תמיכתם של בריטניה המכון הלאומי לחקר הבריאות, ד"ר Hadwen אמון למחקר להומניות, מובילה הצדקה רפואית בבריטניה למימון מחקר בלעדי שאינם מהחי שיטות מחקר כדי להחליף ניסויים בבעלי חיים, ואת האמון Wellcome (גרנט 089215). כמו כן, אנו מכירים נוברטיס פרמצבטיקה בריטניה בע"מ (בלתי מוגבל החינוך מענק).
Name of reagent | Company | Catalogue number |
DNA from fish sperm | Sigma-Aldrich | 74782 |
Mucin from porcine stomach, type II | Sigma-Aldrich | M2378 |
L-Alanine | Acros Organics | 102830250 |
L-Arginine | Sigma-Aldrich | A5006 |
L(+)-Asparagine monohydrate | Acros Organics | 175271000 |
L(+)-Aspartic acid | Acros Organics | 105041000 |
L-Cysteine | Sigma-Adrich | 168149 |
L(+)-Glutamic acid | Acros Organics | 156211000 |
L-Glutamine | Sigma-Aldrich | G3126 |
Glycine | Acros Organics | 220911000 |
L-Histidine | Sigma-Adrich | H8000 |
L-Isoleucine | Sigma-Aldrich | I2752 |
L-Leucine | Sigma-Aldrich | L8000 |
L(+)-Lysine monohydrochloride | Acros Organics | 125222500 |
L-Methionine | Sigma-Aldrich | M9625 |
L-Phenylalanine | Acros Organics | 130310250 |
L-Proline | Sigma-Aldrich | P0380 |
L-Serine | Acros Organics | 132660250 |
L-Threonine | Acros Organics | 138930250 |
L(-)-Tryptophan | Acros Organics | 140590250 |
L-Tyrosine | Acros Organics | 140641000 |
L-Valine | Sigma-Aldrich | V0500 |
Diethylenetriaminepentaacetic acid | Sigma-Aldrich | 32318 |
NaCl | Fisher Scientific | S/3160/60 |
KCl | BDH | BDH0258 |
KOH | BDH | BDH0262 |
Egg yolk emulsion | Sigma-Aldrich | 17148 |
ME 2 diaphragm vacuum pump | Vacuubrand | 696126 |
Steritop filters (Pore size: 0.22 μm, Neck size: 45 mm) | Millipore | SCGPT10RE |
Luria-Bertani medium | Sigma | L2897 |
96-well microtitre plates | Sarstedt | 82.1581 |
24-well tissue culture-treated plates | Iwaki | 3820-024 |
CampyGen gas generation packs | Oxoid | CN0025 |
Microaerophilic chamber | Oxoid | HP0011 |
Tobramycin sulphate | Sigma-Aldrich | T1783 |
Cellulase, from Aspergillus niger | Sigma-Aldrich | 22178 |
Resazurin | Sigma-Aldrich | 199303 |
Citrate.H20 | BDH | BDH0288 |
Fluostar omega microplate reader | BMG-Labtech | SPECTROstar Omega |