Antimicrobiana sinergia teste é usado para avaliar o efeito de dois ou mais antibióticos usados em combinação e é normalmente realizada por um dos dois métodos: a matriz do tabuleiro de damas ou o ensaio de matar tempo. Aqui, apresentamos um automatizado, jato de tinta impressora assistida quadriculado matriz sinergia técnica e um estudo clássico sinergia… matar tempo.
Como taxas de patógenos multirresistentes de (MDR) continuam a aumentar, ultrapassando o desenvolvimento de novos antimicrobianos, novas abordagens para o tratamento de bactérias MDR são cada vez mais se tornando uma necessidade. Uma tal abordagem é a terapia de combinação, na quais dois ou mais antibióticos são usados juntos para tratar uma infecção contra qual uma ou ambas as drogas podem ser ineficazes em paz. Quando as duas drogas, em combinação, exercem um maior do que o efeito aditivo, são considerados sinérgicos. Investigações in vitro da atividade sinérgica é um primeiro passo importante em avaliar a possível eficácia das combinações de drogas. Desenvolveram-se dois métodos de teste principal sinergia in vitro: a matriz do tabuleiro de damas e o estudo de tempo… matar. Neste trabalho, apresentamos um método de matriz de quadriculado automatizado que faz uso da tecnologia de impressão jato de tinta para aumentar a eficiência e precisão desta técnica, bem como um método manual padrão tempo matar sinergia. A matriz de quadriculado automatizado pode servir como um ensaio de rastreio com throughput alto, enquanto o estudo de tempo… matar manual fornece dados adicionais, complementares na matança e atividade sinérgica.
A matriz do tabuleiro de damas é uma modificação do padrão concentração inibitória mínima (CIM) ensaios, em que bactérias são incubadas com antibióticos em combinações diferentes de concentração e avaliadas para inibição do crescimento após incubação durante a noite. Desempenho manual da matriz quadriculado requer uma série de cálculos e diluições trabalhosa e propenso a erros. No método automatizado apresentado aqui, o cálculo e distribuição da necessária solução antibiótica volumes são automatizados através do uso de tecnologia de impressão jato de tinta. No ensaio de tempo-matar sinergia, bactérias são incubadas com os antibióticos de interesse, tanto juntos e individualmente e amostradas em intervalos ao longo de 24h para cultura quantitativa. Os resultados podem determinar se uma combinação é sinérgica e seja bactericida e fornecer dados sobre a inibição e matança das bactérias ao longo do tempo.
A disseminação de patógenos multirresistentes do bacterianas de (MDR), particularmente MDR bactérias Gram-negativas como Enterobacteriaceae carbapenem-resistente (CRE), deixou os médicos com opções cada vez mais limitadas para a terapia anti-infecciosa sucesso 1, um problema agravado pelo lento ritmo de novela droga antibacteriana descoberta2,3. Antimicrobiana sinergia, no qual duas drogas usadas em combinação exercem um efeito maior do que o aditivo, oferece a possibilidade de salvar os antibióticos existentes para uso no tratamento de bactérias MDR, mesmo quando estas bactérias são resistentes a um ou ambos os antibióticos individualmente. As técnicas descritas neste artigo fornecem dois métodos complementares de sinergia in vitro, teste que, quando usados em conjunto, permitem que os investigadores para eficientemente tela antimicrobiana as combinações de interesse para a evidência da atividade sinérgica (o automatizado método de matriz de quadriculado) e depois ainda avaliar a cinética de inibição e matança demonstrada por combinações promissoras identificadas na fase de triagem (o método manual de tempo-kill).
Um dos métodos mais comumente utilizados de testes in vitro sinergia é o ensaio de matriz do tabuleiro de damas, uma modificação do teste de concentração inibitória mínima (CIM), em que a atividade inibitória de dois antibióticos diferentes contra um bacteriano isolar são testados ao longo de um intervalo de concentração combinações4,5. Se as duas drogas exercem maior atividade aditiva quando usados juntos, a combinação é considerada sinérgicos6. No entanto, configurando uma matriz quadriculado manualmente envolve uma série de cálculos e diluição e pipetagem etapas que são vulneráveis ao erro humano e laborioso. Essas restrições tiveram o efeito de limitar a utilização de testes principalmente para a avaliação retrospectiva de um pequeno número de combinações antibióticas e isolados bacterianos de sinergia, e os resultados não foram consistentes entre estudos7, 8,9,10,11. Além disso, a complexidade dos testes de sinergia tem contribuído para sua indisponibilidade no laboratório de Microbiologia clínica e a virtual ausência de dados de teste in-vitro sinergia de estudos clínicos de terapia de combinação12, 13.
A fim de aumentar a eficiência e a produtividade do método de matriz de tabuleiro de damas, fizemos uso de uma técnica de teste MIC automatizada anteriormente desenvolvida em nosso laboratório que usa a tecnologia de impressão jato de tinta para precisamente e consistentemente dispensar volumes pequenos da solução antibiótica em poços de uma placa de microtitulação14. A plataforma elimina a necessidade de cálculos complexos e várias etapas de pipetagem. O software associado calcula e dispensa volumes adequados de antibióticos para criar uma matriz bidimensional quadriculado, se o usuário simplesmente insere o intervalo de concentração desejada e a concentração da solução das ações dos antibióticos. Inicialmente testamos esse método contra uma coleção de isolados CRE15 e posteriormente concentraram-se em testar combinações contendo colistina para atividade contra isolados resistentes colistina16. Colistina é uma droga de último recurso geralmente reservado para uso no tratamento da resistência MDR patógenos Gram-negativos17,18e colistina já processa MDR bactérias quase panresistente19, tornando-os ideais candidatos para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas usando drogas ao qual eles são insensíveis individualmente. Descobrimos que a combinação de colistina e a inibidor de síntese de proteína minociclina antibiótico tinha uma taxa muito alta de sinergia, mesmo contra as estirpes que eram resistentes a cada uma destas drogas individualmente, presumivelmente porque colistina exerce uma subinhibitory permeabilizing efeito sobre bactérias mesmo resistentes a colistina. Escolhemos esta combinação para usar como exemplo neste artigo. Digno de nota, sinergia testes também podem ser usado para a maior eficácia de dois medicamentos que são eficazes tanto individualmente.
O método de matriz de quadriculado automatizado facilita testes sinergia rápida, alta produtividade. No entanto, o método de matriz de xadrez tem limitações. Como um ensaio modificado do MIC, fornece dados somente na inibição do crescimento bacteriano e não na morte, e ele não fornece dados sobre os efeitos de antibióticos ao longo do tempo. Por outro lado, desempenho manual de ensaios de sinergia de vez… matar é mais trabalhoso, mas fornece informações sobre ambos inibição e matança sobre um 24h tempo curso20,21. Nós usamos análise tempo-mate em um número menor de isolados para confirmar nossos resultados de matriz do tabuleiro de damas e para determinar se as combinações sinergéticas identificamos também bactericidas.
Ambos os métodos de sinergia de matriz e tempo-kill quadriculado fornecem informações valiosas sobre a atividade de combinações de drogas e são particularmente úteis na avaliação de potenciais novas opções terapêuticas para patógenos bacterianos altamente resistentes. Os métodos também têm limitações inerentes. O método de diluição MIC microbroth padrão tem uma gama de erro esperada conhecido de 1 dupla diluição22, que é aumentado quando dois medicamentos são testados juntos em uma matriz de tabuleiro de damas. Espera-se a definição padrão de sinergia, que considera que uma combinação sinérgica somente se as drogas são ativas juntos em um quarto seus respectivos microfones6, leva em conta esta variabilidade, mas tal variabilidade (que é pensada para resultar de uma combinação de flutuações biológicas e técnicas23) inevitavelmente gera incerteza sobre a fiabilidade dos resultados de sinergia. A falta de padrões de controle de qualidade estabelecidos para o teste de sinergia é também uma limitação atual. Talvez a mais significativa limitação de todos os métodos de ensaio de sinergia é a falta de estabelecidas correlações entre os resultados in vitro e os resultados clínicos quando as combinações são usadas para tratar pacientes24. Sinergia mais simples e mais rápida testar métodos, como o método de matriz de quadriculado automatizado descrito aqui, pode facilitar a integração de sinergia em vitro testes em ensaios clínicos ou outras avaliações de resultados pacientes a fim de melhor caracteriza a relação entre efeitos in vitro e in vivo no futuro.
O método de matriz de quadriculado automatizado que apresentamos aqui oferece uma opção para seleção da elevado-produção de uma variedade de combinações e permite a avaliação rápida de combinações de “alto risco-alto recompensa” incomum, sem um grande investimento de tempo e recursos. O método tempo-kill, que posteriormente demonstramos, pode fornecer informações adicionais de apoia sobre a atividade sinérgica da combinação e pode ajudar a caracterizar sua atividade bactericida e cinética antibacteriana.
Os dois métodos descritos aqui ambos fornecem informações sobre a atividade dos antimicrobianos utilizados em combinação em relação à sua atividade individual. O automatizado, jato de tinta impressora assistida digital método de distribuição é uma adaptação do método descrito no manual de procedimentos de Microbiologia clínica33, enquanto o método kill-tempo segue mais pròxima o protocolo correspondente da mesma referência34.
No método de matriz de tabuleiro de damas, cálculos para determinar o volume necessário de estoque antimicrobiana para adicionar para cada poço, bem como a distribuição desses volumes é automatizada, eliminando assim algumas das principais fontes potenciais de erro encontrado em um manual matriz do tabuleiro de damas. É ainda essencial, entretanto, que o investigador determina que ações originais são feitas na concentração pretendida e que concentrações finais de gol são inseridas o D300 software corretamente. Adicionando suspensão do antimicrobiana para poços de uma placa de 384 pode ser um desafio no início e requer cuidados de garantir essa pipeta dicas entram os poços apropriados e o líquido não molha faz até as bordas dos poços. Um manipulador de líquido automático pode ser usado no lugar de uma pipeta multicanal portátil para aumentar a velocidade e precisão com a qual a suspensão bacteriana é adicionada aos poços. Conforme descrito no protocolo, a D300 requer a adição de tensoativo, polissorbato 20 (P-20), para manipulação de líquidos adequada. Um surfactante diferente, Polissorbato 80, em uma concentração de 0,002%, tem sido observado para abaixar a colistina microfones para organismos com colistina microfones de < 2 µ g/mL em caldo padrão como ensaios. 35 , 36 o nosso laboratório anteriormente demonstrou que P-20 em concentrações até 0,0015% não teve efeito na D300-assistida MIC resultados em comparação com referência a BMD14. No exemplo do ensaio apresentado aqui, a máxima P-20 é concentração é 0.0014%.
Um problema que encontramos com alguns ensaios de matriz de xadrez foi um grande número de poços saltados. Isso ocorreu em uma taxa desproporcional com certos antibióticos. Especificamente, em uma tela de combinações contra uma coleção de resistentes aos carbapenemas Enterobacteriaceae, descobrimos que enquanto 49 de 521 ensaios (9,4%) estava inutilizável devido a vários poços saltados, 2 dos 12 antibióticos testados (Fosfomicina e cefepime) representaram 46 desses ensaios (94%). Tal aumento das taxas pode ser mais provável em drogas que são particularmente suscetíveis ao inóculo efeito31,32,37. Digno de nota, CLSI não recomenda testar Fosfomicina em caldo diluição25 devido a preocupações sobre a fiabilidade dos resultados com este método, o que pode explicar os resultados não-confiáveis vistos com esta droga. Algumas modificações podem ser feitas ao método automatizado quadriculado de acordo com a preferência do investigador. Agentes antimicrobianos podem ser dispensados em chapas já contendo a suspensão bacteriana, ao invés de nos poços vazios, se isso é preferível por motivos de fluxo de trabalho dentro do laboratório. Enquanto placas boas 384 foram usadas aqui, o método também pode ser realizado em ensaios de placa de 96 poços, com modificação apropriada de volume bem. O uso de um formato de placa de 96 poços pode ajudar a reduzir poços saltados para antibióticos que são particularmente sensíveis a pequenas mudanças no inóculo. Ao calcular a FICeu, pode haver situações em que o MIC é fora de escala (ou seja, mais do que testado), incluindo situações onde a droga que está sendo testada não tem atividade individualmente contra o tipo de organismo a ser testado. Nestes casos, a FIC pode ser calculada com base na assumindo que o MIC é uma diluição maior do que a maior concentração testada. Esta é a estratégia mais conservadora, vez que assume o valor FIC máximo possível para qualquer diluição onde a inibição é observada durante o teste de sinergia. Por exemplo, se o MIC real em vez disso foram duas diluições dobra acima maior concentração testada, então os FICs correspondentes seria duas vezes mais baixo do que o conservadoras atribuições e assim por diante.
Para avaliar com precisão a atividade bactericida de drogas em um ensaio de tempo de matar, é essencial que as culturas em fase logarítmica de crescimento, particularmente quando ativo antibióticos parede celular estão sendo testado28. Para que as bactérias de rápido crescimento usadas neste exemplo (K. pneumoniae), 3 horas de incubação com agitação era apropriado para chegar a esta fase de crescimento, mas diferentes quantidades de tempo podem ser necessárias para organismos diferentes. Em geral, a cultura deve aparecer visivelmente mas não fortemente turva. A quantidade adequada de tempo pode ser determinada através da construção de uma curva de crescimento com contagens de colônia tomadas no tempo serial pontos (por exemplo, cada 30 min para 4-6 h)38. O inóculo inicial pretendido no estudo de tempo-mate também é importante. A concentração alvo do inóculo inicial é aproximadamente 5 x 105 1 x 106 UFC/mL. A diluição descrita aqui (100 μL de 1,0 suspensão McFarland em 10 mL de mídia) gera este inóculo para Klebsiella pneumoniae e outras espécies de Enterobacteriaceae em que nós testamos. Se a densidade das partida inóculos em um experimento usando diferentes organismos é significativamente mais alto ou mais baixo do que isso, pode ser necessária uma diluição diferente. (A diluição adequada necessária para uma dada espécie pode ser determinada através da realização de uma contagem de placa de uma suspensão de McFarland 0,5 ou 1,0 para determinar quantos organismos esta turbidez representa, em seguida, calcular o montante pelo qual a suspensão inicial deve ser diluído para atingir a concentração final apropriada). Se, na avaliação das contagens das placas do estudo de sinergia, encontra-se o inóculo inicial de qualquer um dos tubos contendo antibiótico ter sido significativamente menor do que o inóculo inicial do controle de crescimento, isso pode indicar qualquer antibiótico reporte ou muito morte rápida de bactérias no breve tempo entre a adição de bactérias no tubo contendo antibiótico e eliminação da alíquota para o chapeamento. Se o número real de colônias na gota não diluída em uma série é menor que o número de colônias nas diluições subsequentes, isto sugere efeito antibiótico reporte. Diferentes opções têm sido descritas para evitar este efeito, incluindo espalhando uma única alíquota sobre um prato inteiro de38 ou girando a amostra, remover o sobrenadante e re-suspensão em soro fisiológico estéril antes do chapeamento39. Em cada ponto de tempo no método tempo-matar, também é fundamental para o investigador eficientemente, mas com precisão remover uma alíquota de cada tubo de cultura e executar diluições em série. Atrasos durante este processo, particularmente durante os primeiros pontos de tempo que ocorrem em sucessão fechar, podem levar a períodos prolongados, durante o qual as culturas não são foram incubados e abalada, Considerando que o manuseio descuidado e diluições em série podem levar a placa imprecisa conta. Em comparação com o método de placa de propagação de contagem de placa, na qual 100 μL de cada diluição é espalhada sobre uma placa de ágar inteiro, o método de placa de drop descrito é muito mais rápida, exige um número muito menor de placas de ágar e permite a contagem mais rápido, como o máximo número contável de colónias por cada gota é 30, Considerando que até 300 colônias normalmente pode ser contada de uma placa de expansão. No entanto, o método de placa de expansão também é uma opção se os investigadores estão mais confortáveis com esta técnica. Se gotas se espalhou no outro, depois com uma pipeta multicanal de distribuição, pode ser realizada aplicação individual de gotas mais amplamente espaçadas, com uma pipeta de canal único. Em nossa experiência, refrigerar placas a 4 ° C, antes da distribuição de gotas parecia reduzir a propagação excessiva.
Uma limitação das técnicas descritas aqui é que os resultados dos dois tipos de ensaio de sinergia (matriz de tabuleiro de damas e tempo-kill) nem sempre são concordantes, e como mais artigos publicados de sinergia usam um método ou o outro ao invés de ambos juntos, pode ser difícil saber como integrar dados entre os dois tipos de ensaios. Porque o método de matriz de quadriculado automatizado desenvolvemos é simples e elevado-throughput, usamos isso em vigor como uma espécie de tela para testar combinações contra um maior número de isolados e para determinar quais combinações de concentração são sinérgicas. Realizamos então um número menor de estudos… matar tempo, selecionando combinações e concentrações que tinham sido eficazes na matriz do tabuleiro de damas. Digno de nota, porque o ensaio de xadrez geralmente é executado em uma escala de diluição de microbroth, enquanto o ensaio de tempo-mate usa volumes maiores (semelhantes a uma diluição de macrobroth), encontramos que FICs às vezes eram diferentes entre os dois métodos, com maior concentrações geralmente exigidas no ensaio de tempo… matar para demonstrar a atividade. Este fenómeno tem sido observado anteriormente, quando macrobroth e microbroth diluição MIC ensaio resultados são comparados para bacilos Gram-negativos26 e quando inóculos maiores (como usado em estudos de tempo-mata) são comparados com o inóculo padrão usado em matriz de diluição e xadrez microbroth ensaios32. Uma limitação específica da matriz quadriculado é a variabilidade inerente em diluição microbroth MIC teste22. Enquanto FICeu cortes por conta de sinergia para esta variabilidade matematicamente6 tal variabilidade inevitavelmente gera preocupação sobre a confiabilidade e a consistência dos resultados de matriz do tabuleiro de damas.
Devido às limitações inerentes à sinergia tudo in vitro testar métodos (incluindo o cultivo de bactérias em um meio de crescimento artificial, concentrações de antibiótico estáticas e um curso de tempo limitado), os resultados obtidos por esses métodos devem ser confirmados e mais avaliada usando técnicas complementares. Tais métodos incluem estudos in-vitro farmacocinético/farmacodinâmico (PK/PD) (por exemplo, a fibra oca infecção modelo40), modelos animais e, finalmente, estudos humanos PK/PD e eficácia. O método de matriz de quadriculado automatizado descrito aqui, fornecendo um método rápido com os quais a combinações de tela para potencial atividade sinérgica, permite mais direcionado a utilização destas técnicas. Ainda mais a automação de todos estes métodos, como a investigação bem como mais sistemática da relação entre parâmetros in vitro e os resultados clínicos, será importante no dimensionamento até o uso de sinergia, testes e aumentando a sua aplicabilidade clínica.
The authors have nothing to disclose.
Thea Brennan-Krohn foi apoiada por uma Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health e Infectologia Pediátrica desenvolvimento humano pesquisa formação grant (T32HD055148), um Instituto Nacional de alergia e doenças infecciosas (de subsídio de formação T32AI007061), bolsa de Hospital escritório da faculdade Faculdade carreira desenvolvimento infantil Boston e o Instituto Nacional de alergia e doenças infecciosas carreira desenvolvimento award (1K08AI132716). J.E.K. foi apoiada pelo Instituto Nacional de alergia e doenças infecciosas dos institutos nacionais de saúde, sob número prêmio R33 AI119114. O conteúdo é exclusivamente da responsabilidade dos autores e não representa necessariamente a opinião oficial do institutos nacionais da saúde.
Escherichia coli strain ATCC 25922 | ATCC | 25922 | QC strain |
0.5 mL microcentrifuge tubes | USA Scientific | 1605-0000 | |
1 L 0.22 µm bottle-top filter | Thermo Scientific Nalgene | 597-4520 | |
12 mm x 75 mm borosilicate glass round bottom culture tubes | Fisherbrand | 14-961-26 | |
15 mL conical tubes | Phenix | SS-PH15 | |
15 x 100 mm or 15 x 150 mm Mueller Hinton agar plates | Thermo Scientific | R01620 or R04050 | |
25 mm stainless steel closures for 25 x 150 mm glass culture tubes | Bellco | 2005-02512 | |
25 x 150 mm borosilicate glass round bottom culture tubes | Bellco | 2011-25150 | |
348-well sterile clear, flat-bottom, untreated microplates with lids | Greiner Bio-One | 781186 | |
50 mL conical tubes | Phenix | SS-PH50 | |
50 mL sterile reagent reservoirs | Corning | 4870 | |
96 deep well polypropylene microplate with 2 mL wells | Fisherbrand | 12-566-612 | |
96-well sterile clear, round-bottom, untreated microplates with lids | Evergreen | 222-8032-01R | |
Cation adjusted Mueller Hinton broth | BD Diagnostics | 212322 | |
Colistin sulfate | Alfa Aesar | J60915 | |
D300e Control Software | HP/Tecan | ||
DensiCHEK Plus McFarland reader | bioMérieux | 21250 | |
Excel spreadsheet software | Microsoft | ||
Extra long SHARP 10 µL Precision Barrier Tips | Denville Scientific | P1096-FR | |
HP D300 digital dispenser | HP/Tecan | ||
HP D300 T8+ cassettes | HP/Tecan | 30097370 | |
Minocycline hydrochloride | Chem-Impex | 14302 | |
Picus 12-channel 10-300 µL pipette | Sartorius | 735461 | |
Polysorbate 20 | Fisher Bioreagents | BP-337 | Brand name: Tween 20 |
Sodium chloride | Fisher Chemical | S271 | |
Spectrophotometer | Tecan | Infinite M1000 PRO | |
Xplorer 12-channel 50-1200 µL pipette | Eppendorf | 2231000328 |