Urineweginfectie in een kleine diermodel: transuretrale catheterisatie van mannelijke en vrouwelijke muizen
Summary
De gevestigde model van transuretrale catheterisatie van muizen kan de studie blaas aandoeningen, met inbegrip van infectie van de urinewegen, maar kan alleen worden uitgevoerd bij vrouwtjes. Een nieuw model van mannelijke transuretrale instillation, gepresenteerde, kan onderzoek op een gebied dat gekenmerkt door sterke klinische en epizoötiologische verschillen tussen de geslachten.
Abstract
Infecties van de urinewegen (UTI) zijn zeer gemeenschappelijk wereldwijd, significante morbiditeit en gezondheidszorg-geassocieerde kosten oplopen. Kleine dierlijke modellen, die nauwkeurig vestiging van de ziekte en de progressie, toestaan dat dissectie van gastheer-pathogeen interacties en generatie van immuniteit tegen infectie. Bij muizen, intravesicale instillation van uropathogenic E. coli, de verwekker in meer dan 85% van de communautaire verworven UTI, recapituleert veel van de stadia van de infectie bij de mens in acht genomen. Tot voor kort echter kon UTI alleen worden gemodelleerd bij vrouwelijke dieren. Deze beperking heeft belemmerd de studie van sex-gerelateerde verschillen in UTI, evenals andere blaas aandoeningen, zoals kanker. Hier beschrijven we een methode voor het indruppelen van mannelijke muizen waarmee directe vergelijking tussen vrouwelijke en mannelijke dieren en bieden een gedetailleerd protocol om te beoordelen van blaas weefsel door stroom cytometry als een middel om host reacties op infectie beter te begrijpen. Deze benaderingen zullen samen, hulp bij de identificatie van gastheer factoren die aan seksuele vooroordelen waargenomen in UTI en andere blaas-geassocieerde ziekten bijdragen.
Introduction
Infecties van de urinewegen (UTI) zijn een van de meest voorkomende infecties in ontwikkelde landen1. Infectie tarieven zijn vergelijkbaar tussen vrouwtjes en mannetjes bij pasgeborenen en de oudere2. Premenopausal volwassen vrouwen, echter, hebben een sterk verhoogde incidentie van Gemeenschap-verworven UTI in vergelijking met mannen2,3. Gezien het feit dat deze ziekte invloed voornamelijk vrouwen, is fundamenteel en klinisch onderzoek overwegend gericht op UTI bij vrouwtjes. Urineweginfecties bij mannen is echter een aanzienlijke en understudied gezondheidszorg uitdaging4. Inderdaad, omdat Urineweginfecties bij mannen worden geassocieerd met hogere morbiditeit, deze infecties worden routinematig gedefinieerd als ingewikkeld4,5.
De evolutie van ons begrip van de centrale rol van seksuele vooroordelen in de Fysiologie en pathologie zijn nieuwe methoden nodig om te ontdekken dit eerder verwaarloosde aspect van ziekte. Geslacht verschillen spelen een essentiële rol in de immuniteit en infectie; vrouwtjes hebben een hogere incidentie van auto-immune ziekte, terwijl de mannetjes zijn meer vatbaar voor bepaalde infecties, zoals tuberculose, malaria en HIV6,7. Blaaskanker, een andere urologische pathologie, is aanzienlijk vaker voor bij mannen dan bij vrouwen, en verschillende studies hebben aangetoond een rol voor androgenen in de ontwikkeling van maligniteit8,9,10,11 ,12. Met name is echter onderzoek van intravesicale therapieën voor blaaskanker gebeurt uitsluitend bij vrouwelijke dieren, gezien het onvermogen om herhaaldelijk catheterize mannelijke muizen13.
De studie van UTI pathogenese leunt op knaagdieren modellen van infectie (bijvoorbeeld, muizen en ratten). Lymfkliertest modellen van Urineweginfecties kunnen tewerkstellen uropathogens oorspronkelijk geïsoleerd van menselijke infecties, zoals uropathogenic E. coli (UPEC), Klebsiella, Proteus, Staphylococcusof Enterococcus14. Meestal worden bacteriën in de blaas via catheterisatie van urethra binnengebracht. Na infectie, blazen en nieren kan worden verwijderd om de specifieke parameters van infecties, zoals bacteriële kolonisatie, weefselschade of15,16van de immuunrespons van de gastheer te beoordelen. Universeel, echter, worden slechts vrouwelijke dieren gebruikt voor onderzoek van de UTI. Inderdaad, veel studies hebben opgemerkt dat, als gevolg van anatomische redenen, catheterisatie van mannelijke muizen niet mogelijk13,17,18,19. Meer recentelijk, een chirurgische benadering van mannelijke instillatietest is beschreven, waarin de buik is geopend, de blaas wordt extern verplaatst door zachte druk op de opening in de buik te passen en bacteriën worden ingespoten in de blaas20. Deze aanpak maakt het mogelijk mannelijke infectie, ten koste van de chirurgische ingreep. Een belangrijke caveat van deze aanpak bevat dus, de invloed van ontsteking, over de resultaten van infectie zoals het potentieel voor het opwekken van een anti-inflammatoire wondgenezing reactie op de insnijding21. Als onze belangen omvatten geslacht bias in reactie op ziekte begrijpen ontwikkelde we een methode van bacteriële intravesicale instillation in mannelijke muizen die meer overeenkomt met de reeds lang gevestigde niet-chirurgische transuretrale aanpak gebruikt in vrouwelijke knaagdieren22 .
Ons model bouwt voort op een vastgelegde methode en biedt de mogelijkheid om rechtstreeks vergelijken de host immuunrespons op Urineweginfecties bij vrouwelijke en mannelijke dieren. Deze methode zal toelaten dissectie van geslacht gebaseerde verschillen in infectie, en potentieel bieden moleculaire en cellulaire aanwijzingen op de uitgesproken verschillen in de gevoeligheid en de reactie op de infectie tussen de seksen. Dit model heeft bovendien waarde buiten UTI studies, waardoor de oprichting van modellen te onderzoeken van andere blaas-geassocieerde ziekten, zoals blaaskanker, prostatitis, onder – of over – actieve blaas syndroom en interstitiële cystitis.
Protocol
Representative Results
Discussion
Transuretrale instillation van mannelijke muizen biedt veel nieuwe onderzoeksmogelijkheden naar de invloed van geslacht op blaas mucosal ziekte, maar ook verschillende uitdagingen. Plaats een beperking is dat de instillation aanvankelijk blijken kan te zijn technisch moeilijk, wat resulteert in buitensporige ontsteking tijdens het inbrengen van de katheter. Verbetering van de techniek kan worden bereikt door de instillation van dode muizen met een gekleurde oplossing, zoals Evans blauwe kleurstof. Om te bevestigen dat de…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken Dr. Matthieu Rousseau voor kritische lezing van het manuscript en het laboratorium van dendritische Immunobiologie voor hun nuttige inzichten tijdens de ontwikkeling van dit protocol en project. Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door financiële middelen van de Europese Unie zevende kader programma Marie Curie actie (PCIG11-GA-2012-3221170 en de Immuno-oncologie LabEx (MOI).
Materials
| BD Insyte Autoguard Shielded IV Catheters 24G, 0.7 mm external diameter, 14 mM long | BD Medical | 381811 or 381411* | * catalog number is country-dependent |
| inoculating loop | Greiner Bio-One | 731171 | |
| LB Miller broth | Difco | 244620 | |
| LB Miller agar | Difco | 244520 | |
| Cuvettes | Bio-rad | 223-9955 | |
| syringes | B Braun | 9166017V | |
| Thumb (Adson) forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| 5 mL tubes, polypropylene | Falcon | 352063 | |
| Tissue Ruptor disposable probes | Qiagen | 990890 | |
| 15 mL flip cap tubes | Thermo Scientific | 362694 | |
| DNAse | Invitrogen | 18047019 | |
| Liberase TM | Sigma-Aldrich | 5401119001 | should be aliquotted and stored at -20 °C to avoid repeated freeze-thaw |
| 100 µM MACS SmartStrainers | Miltenyi | 130-098-463 | compatible with 15 mL tubes, preferred |
| 100 µm cell strainers | Falcon | 352360 | compatible with 50 mL tubes, if MACS Smart Strainers are not available |
| 96 well plate | Falcon | 353077 | |
| Fc block | BD Pharmingen | 553142 | anti-CD16/CD32 |
| anti-mouse CD45 antibody | BD Biosciences | 561487 | many different fluorescent conjugation options are available |
| 5 mL tubes polystyrene with filter cap | Falcon | 352235 | |
| insulin syringe | Terumo | BS05M2913 | |
| hand held homogenizer | Qiagen | 9001272 | TissueRuptor |
| flow cytometer | BD Biosciences | N/A | Fortessa SORP |
| Flow cytometry software | BD Biosciences | N/A | Diva |
References
- Hooton, T. M., Stamm, W. E. Diagnosis and treatment of uncomplicated urinary tract infection. Infect Dis Clin North Am. 11 (3), 551-581 (1997).
- Harper, M., Fowlis, G. Management of urinary tract infections in men. Trends in Urology, Gynaecology & Sexual Health. 12 (1), 30-35 (2007).
- Foxman, B. The epidemiology of urinary tract infection. Nat Rev Urol. 7 (12), 653-660 (2010).
- Lipsky, B. A. Urinary tract infections in men. Epidemiology, pathophysiology, diagnosis, and treatment. Ann Intern Med. 110 (2), 138-150 (1989).
- Conway, L. J., Carter, E. J., Larson, E. L. Risk Factors for Nosocomial Bacteremia Secondary to Urinary Catheter-Associated Bacteriuria: A Systematic Review. Urol Nurs. 35 (4), 191-203 (2015).
- Markle, J. G., Fish, E. N. SeXX matters in immunity. Trends Immunol. 35 (3), 97-104 (2014).
- Yu, C. Y., Whitacre, C. C. Sex, MHC and complement C4 in autoimmune diseases. Trends Immunol. 25 (12), 694-699 (2004).
- Castelao, J. E., et al. Gender- and smoking-related bladder cancer risk. J Natl Cancer Inst. 93 (7), 538-545 (2001).
- Donsky, H., Coyle, S., Scosyrev, E., Messing, E. M. Sex differences in incidence and mortality of bladder and kidney cancers: national estimates from 49 countries. Urol Oncol. 32 (1), 40-e31 (2014).
- Garg, T., et al. Gender Disparities in Hematuria Evaluation and Bladder Cancer Diagnosis: A Population-Based Analysis. J Urol. , (2014).
- Dobruch, J., et al. Gender and Bladder Cancer: A Collaborative Review of Etiology, Biology, and Outcomes. Eur Urol. , (2015).
- Hsu, J. W., et al. Decreased tumorigenesis and mortality from bladder cancer in mice lacking urothelial androgen receptor. Am J Pathol. 182 (5), 1811-1820 (2013).
- El Behi, M., et al. An essential role for decorin in bladder cancer invasiveness. EMBO Mol Med. 5 (12), 1835-1851 (2013).
- Foxman, B. Epidemiology of urinary tract infections: incidence, morbidity, and economic costs. Am J Med. 113, 05S-13S (2002).
- Ingersoll, M. A., Kline, K. A., Nielsen, H. V., Hultgren, S. J. G-CSF induction early in uropathogenic Escherichia coli infection of the urinary tract modulates host immunity. Cell Microbiol. 10 (12), 2568-2578 (2008).
- Mora-Bau, G., et al. Macrophages Subvert Adaptive Immunity to Urinary Tract Infection. PLoS Pathog. 11 (7), e1005044 (2015).
- Oliveira, P. A., et al. Technical Report: Technique of Bladder Catheterization in Female Mice and Rats for Intravesical Instillation in Models of Bladder Cancer. (Conference Title)39th Scand-LAS and ICLAS Joint Meeting. 36, 5-9 (2009).
- Seager, C. M., et al. Intravesical delivery of rapamycin suppresses tumorigenesis in a mouse model of progressive bladder cancer. Cancer Prev Res (Phila). 2 (12), 1008-1014 (2009).
- Hagberg, L., et al. Ascending, unobstructed urinary tract infection in mice caused by pyelonephritogenic Escherichia coli of human origin). Infect Immun. 40 (1), 273-283 (1983).
- Olson, P. D., Hruska, K. A., Hunstad, D. A. Androgens Enhance Male Urinary Tract Infection Severity in a New Model. J Am Soc Nephrol. , (2015).
- Knipper, J. A., et al. Interleukin-4 Receptor alpha Signaling in Myeloid Cells Controls Collagen Fibril Assembly in Skin Repair. Immunity. 43 (4), 803-816 (2015).
- Hung, C. S., Dodson, K. W., Hultgren, S. J. A murine model of urinary tract infection. Nat Protoc. 4 (8), 1230-1243 (2009).
- Wright, K. J., Seed, P. C., Hultgren, S. J. Development of intracellular bacterial communities of uropathogenic Escherichia coli depends on type 1 pili. Cell Microbiol. 9 (9), 2230-2241 (2007).
