Visualización de la formación de Biofilm de Candida albicans utilizando un dispositivo microfluídico automatizado
Summary
Este protocolo describe el uso de un dispositivo microfluídico automatizado personalizable para visualizar la formación de biopelículas de Candida albicans en condiciones fisiológicas de host.
Abstract
Candida albicans es el hongo más común patógeno de seres humanos, causando aproximadamente el 15% de los casos de sepsis adquirida en el hospital. Un atributo importante de la virulencia de C. albicans es su capacidad de forma biofilms, comunidades estructuradas de células a superficies bióticas y abióticas. Pueden formar biopelículas de C. albicans en los tejidos del anfitrión, como capas de mucosa y en dispositivos médicos, tales como catéteres, marcapasos, prótesis y prótesis mixtas. Biofilms plantean desafíos clínicos significativos ya que son altamente resistentes a las perturbaciones físicas y químicas y pueden actuar como reservorios a semilla habían diseminada infecciones. Varios ensayos en vitro se han utilizado para estudiar la formación de biopelículas de C. albicans , como ensayos de placa de microtitulación, mediciones de peso seco, ensayos de viabilidad celular y la microscopia confocal de exploración láser. Todos estos ensayos son ensayos de punto final único, donde se evalúa la formación del biofilm en un punto de tiempo específico. Aquí, describimos un protocolo para estudiar la formación de biopelículas en tiempo real usando un dispositivo microfluídico automatizado bajo condiciones de flujo laminar. Este método permite la observación de la formación de biopelículas, el biofilm se convierte con el tiempo, usando condiciones personalizables que imitan a los del huésped, tales como los encontrados en catéteres vasculares. Este protocolo puede utilizarse para evaluar los defectos de biofilm de mutantes genéticos, así como los efectos inhibitorios de agentes antimicrobianos en el desarrollo de biofilm en tiempo real.
Introduction
Candida albicans es un comensal miembro de la microbiota humana, sin embargo, es también un patógeno oportunista, capaz de causar infecciones fúngicas superficiales y graves1,2. Un rasgo importante de la virulencia de C. albicans es su capacidad de forma resistente y biofilms resistentes a los fármacos, comunidades de células adhirieron a una superficie y encerrado en una matriz extracelular de material1,3. Biopelículas de C. albicans son altamente estructurados, que contiene varias capas de varios tipos de células (alrededor de florecimiento levadura forma células, ovales células pseudohyphal y células hyphal tubulares)4. Desarrollo de biopelículas de C. albicans se inicia con la adherencia de las células de levadura-forma redonda a una superficie (siembra el biofilm), seguida de la proliferación de estas células en la superficie, y luego de la maduración del biofilm inmaduro la estructura en un biofilm formado completamente rodeada por material de matriz extracelular4. El biofilm madurito se compone predominante de las células hyphal alargadas que forman redes densas y comunicadas, proporcionando la estabilidad arquitectónica al biofilm4. Durante todo el ciclo de vida del biofilm, levadura de florecimiento las células dispersan de la biopelícula madura y pueden viajar a otras regiones del cuerpo para causar infecciones diseminadas o semilla nuevos biofilms en otros sitios4,5. C. albicans puede formar biofilms en superficies bióticas, tales como superficies de la mucosa y tejido anfitrión y en superficies abióticas, como catéteres, marcapasos, prótesis y articulaciones protésicas. Debido a las propiedades recalcitrantes de biopelículas, que son extremadamente difíciles de erradicar y en muchos casos la estrategia del único tratamiento eficaz es retiro del dispositivo infectado4. Por lo tanto es crucial investigar formación de biopelículas en condiciones similares a los observados en contextos clínicos.
Hay varias críticas en vivo modelos animales usados para el estudio de C. albicans biofilm formación6,7,8; sin embargo, estos estudios pueden ser costoso, desperdiciador de tiempo y están limitados por el número de cepas y de agentes antimicrobianos que se pueden probar en un momento dado. In vitro biofilms ensayos, por el contrario, permiten la evaluación rápida, alto rendimiento de compuestos antifúngicos y de cepas mutantes y son mucho más rentables y ético que biofilm ensayos llevados hacia fuera en animales modelos9, 10,11,12,13,14. Aquí se describe un ensayo en vitro que hemos desarrollado y optimizado para observar la formación de biopelículas temporal bajo flujo laminar utilizando dispositivo microfluídico personalizable14,15. El ensayo permite la visualización de cada etapa de formación de biopelículas, como el paso de adherencia inicial, proliferación celular, maduración de la biopelícula y dispersión de células. El ensayo también es útil para visualizar cambios de morfología de la célula durante el desarrollo de un biofilm.
Las placas de microtitulación, que normalmente se utilizan para en vitro los ensayos de biofilm, mientras que de alto rendimiento, no se permiten para condiciones de flujo controlado. Flujo laminar tradicional célula sistemas permiten la evaluación continua de la formación de biofilm en condiciones de controlar el flujo, pero éstos a menudo son lentos y suelen tener limitados rendimiento y control de rango dinámico. El dispositivo de microfluidos utilizado aquí supera estas limitaciones mediante la combinación de placas de alto rendimiento (contiene 48 pozos) con una cámara de flujo laminar incorporado y es altamente reproducible, versátil y personalizable.
Aquí, describimos un protocolo para el uso de un dispositivo microfluídico automatizado disponible en el mercado para evaluar la formación de biopelículas de un tipo salvaje C. albicans cepa, los efectos de un agente antifúngico conocido en el desarrollo de un biofilm y biofilm defectos de formación en dos cepas mutantes (bcr1Δ/Δ y efg1 Δ/Δ) que se reportaron anteriormente que biofilm in vitro e in vivo16,17,18. El protocolo descrito puede utilizarse para probar la eficacia de los agentes antimicrobianos en la inhibición de formación de biopelículas en el desarrollo de un biofilm y para identificar los genes requeridos para el desarrollo de biofilm normal por detección mutantes bibliotecas.
Protocol
Representative Results
Discussion
El ensayo de biofilm microfluídicos personalizable aquí descrito permite la visualización de la formación de biofilm en tiempo real a un nivel unicelular cuando se expone a una tasa fija de flujo laminar y temperatura constante. Proporciona un medio poderoso para el desarrollo de biopelículas en cepas de tipo salvaje y mutantes, y los efectos de los tratamientos de agente antimicrobiano en biofilms bajo condiciones que imitan las condiciones fisiológicas observaron en entornos clínicos. A diferencia de la mayoría…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a todos los miembros del laboratorio de Nobile para discusiones útiles en ensayos de biofilm. Este estudio fue apoyado por los institutos nacionales de salud (NIH) subsidio AI125801 R21 (C.J.N.). D.L.R. fue apoyado por una Beca doctoral de la Universidad de California y el Instituto para México y los Estados Unidos (UC MEXUS) y el Consejo Nacional de Ciencia y Technologia (CONACYT).
Materials
| BioFlux 1000z | Fluxion | Automated microfluidic device for live cell analysis | |
| 48-well plate 0-20 dyne | Fluxion | 910-0047 | Microfluidic plate |
| Montage Software | Fluxion | Version 7.8.4.0 | Visualization analysis software |
| ImageJ Software | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| Yeast Extract | Criterion | C7341 | |
| Bacto Peptone | BD Biosciences | 211677 | |
| Dextrose (D-Glucose) | Fisher Scientific | D163 | |
| Potassium Phosphate Monobasic | Fisher Scientific | P285-500 | |
| RPMI-1640 | Sigma-Aldrich | R6504 | |
| MOPS | Sigma-Aldrich | M3183 | |
| Nutrient Broth | Criterion | C6471 | |
| Difco D-Mannitol | BD Biosciences | 217020 | |
| Agar | Criterion | C5001 | |
| Amphotericin B | Corning | 30-003-CF | |
| Sterile Inoculating Loops | VWR | 30002-094 | |
| Petri Dishes with Clear Lid | Fisher Scientific | FB0875712 | |
| Disposable Cuvettes | Fisher Scientific | 14-955-127 | |
| Lens Paper | VWR | 52846-001 | |
| Microplate and Cuvette Spectrophotometer | BioTek | EPOCH2TC | |
| Shaking Incubator | Eppendorf | M12820004 |
References
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