Тестирования антимикробной взаимодействия используется для оценки эффекта два или больше антибиотиков, используемых в комбинации и обычно выполняется одним из двух способов: Шахматная доска массив или время убить assay. Здесь мы представляем автоматизированной, струйный принтер помощь клетчатый массив синергии технику и классические время убить синергизма исследования.
Как ставки возбудителей с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) продолжают расти, опережает развитие новых противомикробных препаратов, новые подходы к лечению МЛУ бактерий становится необходимостью. Один из таких подходов является комбинированной терапии, в которой два или более антибиотики используются вместе для лечения инфекции, против которого один или оба из препаратов могут оказаться неэффективными одиночку. Когда два препарата, в сочетании, оказывают более чем аддитивный эффект, они считаются синергизма. In vitro исследования синергизма деятельности является важным первым шагом в оценке возможных эффективность комбинации препаратов. Были разработаны два основных в пробирке синергии методы тестирования: массив шахматной доски и убить время исследования. В этой статье, мы представляем метод массива автоматизированных шахматной доски, который использует технологию струйной печати увеличить эффективность и точность этой техники, а также метод Стандартный ручной время убить синергии. Автоматизированный клетчатый массив может служить пробирного высокопроизводительного скрининга, в то время как ручной исследование времени убить предоставляет дополнительные, дополнительные данные о синергетический активности и убийства.
Шахматная доска массив является модификацией стандартной минимальной концентрации тормозной (MIC) тестирование, в котором бактерии инкубировали с антибиотиками в концентрации различных комбинаций и оценены для ингибирования роста после ночи инкубации. Ручной производительность массива шахматной доски требует кропотливого и подверженных ошибкам серии расчетов и разведения. В методе автоматизированных представлены здесь, расчет и дозирования требуемый антибиотик запасов решение, которое томов автоматизированы с помощью струйного принтера технологии. В assay время убить синергии бактерии инкубировали с антибиотиками интерес, как вместе, так и индивидуально и отведать интервалами в течение 24 ч для количественных культуры. Результаты можно определить ли сочетание синергических и является ли это бактерицидными и представить данные о торможении и уничтожение бактерий с течением времени.
Распространение с множественной лекарственной устойчивостью (МЛУ) бактериальных патогенов, особенно МЛУ грамотрицательных бактерий как carbapenem устойчивостью Enterobacteriaceae (КРР), оставил клиницисты все более ограниченные возможности для успешного антибактериальные терапия 1, проблема усугубляется медленными темпами Роман антибактериальным препаратом открытие2,3. Антимикробной синергии, в котором два препарата, используемые в сочетании оказывают эффект больше, чем добавка, предлагает возможность спасения существующие антибиотики для использования в лечения МЛУ бактерий, даже когда эти бактерии устойчивы к одной или обеих антибиотики индивидуально. Методы, описанные в настоящем документе предоставляют два взаимодополняющих методов экстракорпорального синергии, тестирование, что, когда используются вместе, позволяют следователям эффективно экран антимикробных комбинаций интереса для доказательства синергизма деятельности (автоматизированная клетчатый метод массива) и затем для дальнейшей оценки Кинетика ингибирования и убийства, продемонстрировал многообещающие комбинации, выявленных на стадии отбора (ручной метод время kill).
Один из наиболее часто используемых методов тестирования в лабораторных условиях синергизма является шахматным массив assay, модификация испытаний минимальная концентрация тормозной (MIC) в котором изолировать ингибиторная активность двух различных антибиотиков против бактериальных тестируются в диапазоне концентрации комбинации4,5. Если два препараты оказывают более чем добавка активность, когда используются вместе, комбинация считается синергетический6. Однако Настройка массива клетчатый вручную включает серию вычислений и разбавления и дозирования шаги, которые уязвимы для человеческой ошибки и трудоемким. Эти ограничения имели эффект ограничения использования синергии, тестирование прежде всего к ретроспективной оценки небольшого числа антибиотиков комбинаций и бактериальных изолятов, и результаты не всегда были последовательными среди исследований7, 8,9,10,11. Кроме того сложность взаимодействия тестирования способствует его отсутствия в лаборатории клинической микробиологии и практически полное отсутствие в пробирке синергии проверочных данных клинических исследований сочетание терапии12, 13.
В целях повышения эффективности и пропускную способность метода массив шахматной доски, мы сделали использовать автоматизированные методики тестирования MIC ранее разработанных в нашей лаборатории, которая использует технологии струйной печати для точно и последовательно отказаться от небольших объемов антибиотик запасов раствора в скважины в микротитровальных пластины14. Платформа устраняет необходимость для сложных вычислений и дозирования несколько шагов. Соответствующее программное обеспечение вычисляет и распределяет соответствующие объемы антибиотиков для создания двумерных клетчатый массива, если пользователь просто вводит диапазон желаемых концентраций и Стоковый раствор концентрации антибиотиков. Мы изначально проверили этот метод к коллекции CRE изолятов15 и впоследствии были сосредоточены на тестирование колистина содержащих комбинаций для деятельности с колистина устойчивостью изолятов16. Колистин является препарат последней инстанции, как правило, зарезервированы для использования в лечении МЛУ грамотрицательных патогенов17,18и колистину сопротивления преобразоватям уже МЛУ бактерий почти Пан стойкие19, что делает их идеальными кандидаты для развития новых терапевтических стратегий с использованием наркотиков, к которым они нечувствительны к индивидуально. Мы обнаружили, что сочетание колистина и антибиотик миноциклин ингибитор синтеза белка очень высокий уровень взаимодействия, даже против штаммов, которые были устойчивы к каждому из этих препаратов индивидуально, предположительно, потому что колистина оказывает subinhibitory permeabilizing эффект на даже колистина резистентных бактерий. Мы выбрали эту комбинацию, чтобы использовать в качестве примера в этой статье. Следует отметить тестирование взаимодействия может также использоваться для оценки для повышения эффективности двух препаратов, которые оба эффективные индивидуально.
Метод массива автоматизированных клетчатый способствует быстрой и высок объём синергии тестирования. Однако метод массива шахматной доски имеют ограничения. Изменение пробирного MIC он предоставляет данные только на ингибирование роста бактерий и не убийство, а он не предоставляет данные по воздействию антибиотиков со временем. Напротив ручной производительность времени убить синергии анализов является более трудоемким, но предоставляет информацию о торможении и убийства за 24 ч время курс20,21. Мы использовали время убить анализа на меньшее количество изолятов для подтверждения нашей шахматной массив результатов и определить, являются ли синергетических комбинаций, которые мы определили также бактерицидное.
Оба клетчатый массив и время убить синергии методы предоставляют ценную информацию о деятельности комбинации препаратов и особенно полезны в оценке потенциальных роман терапевтических вариантов высокой устойчивостью бактериальных патогенов. Методы также имеют внутренние ограничения. Метод разбавления MIC Стандартный microbroth имеет ряд известных ожидаемые ошибки 1 два раза разрежения22, которая увеличивается, когда два препараты тестируются вместе в массиве шахматной доски. Стандартное определение синергии, которая считает, что сочетание синергетический только если препараты действуют вместе в одной четверти их соответствующих ОПГВ6, учитывает это ожидалось изменчивости, но такой изменчивости (который, как полагают, в результате от комбинации биологических и технических колебаний23) неизбежно генерирует неуверенно о надежности результатов синергии. Отсутствие установленных стандартов контроля качества для тестирования взаимодействия также является ограничение тока. Возможно наиболее существенное ограничение всех методов тестирования взаимодействия является отсутствие установленной корреляции между результаты in vitro и клинических исходов при комбинации используются для лечения пациентов24. Проще и более быстрого взаимодействия тестирования методов, например метод массива автоматизированных шахматной доски, описанных здесь, может способствовать интеграции в пробирке синергии, тестирование в рамках клинических испытаний или других оценок исходы для того, чтобы лучше характеризовать отношения между в vitro и in vivo последствия в будущем.
Автоматизированный клетчатый массива метод, который мы представляем здесь предлагает вариант для высокопроизводительного скрининга различных комбинаций и позволяет для быстрой оценки комбинаций необычных, «высокого риска высокая награда» без крупных инвестиций времени и ресурсы. Время убить метод, который мы впоследствии доказать, может обеспечить дополнительную вспомогательную информацию о синергических деятельности комбинации и может помочь, характеризовать его бактерицидная активность и антибактериальные кинетики.
Двух методов, описанных здесь оба предоставляют информацию о деятельности противомикробных препаратов, используемых в комбинации по сравнению с их индивидуальной деятельности. Автоматизированный, струйный принтер с помощью цифровой дозирования метод является адаптация метода, описанного в клинической микробиологии процедур руководства33, в то время как метод kill время более внимательно следит за соответствующий протокол от того же Ссылка34.
В методе массив шахматной доски автоматизирован вычисления, чтобы определить необходимый объем акций противомикробные для добавления каждой скважины, а также выдачи этих томов, таким образом устраняя некоторые из основных потенциальных источников ошибок, возникших в руководстве Шахматная доска массив. По-прежнему важно, однако, что следователь определяет, что оригинальный запасов на предполагаемой концентрации и что цель окончательного концентрации вступил в D300 программное обеспечение правильно. Добавление антимикробной подвеска скважин в 384-ну плита может быть сложной на первый взгляд и требует ухода для обеспечения что пипетки советы введите соответствующие скважин и что жидкость не всплеск краев лунки. Обработчик автоматизированных жидкость может использоваться вместо ручной многоканальные пипетки увеличить скорость и точность, с которой бактериальной подвеска добавляется скважин. Как описано в протоколе, D300 требует добавления ПАВ, полисорбат 20 (P-20), для правильной обработки жидких. Различные ПАВ, Полисорбат 80, в концентрации 0,002%, было отмечено снижения ОПГВ колистина для организмов с колистина ОПГВ в < 2 мкг/мл в стандартных бульон microdilution анализов. 35 , 36 нашей лаборатории ранее показали, что P-20 в концентрациях до 0.0015% имели никакого влияния на результаты при содействии D300 микрофон в сравнении с ссылка про14. В этом примере пробирного, представленные здесь максимальная P-20 является концентрация 0,0014%.
Одна из проблем, мы столкнулись с некоторых анализов массив клетчатый было большое количество пропущенных скважин. Это произошло на несоразмерное ставка с некоторых антибиотиков. В частности на экране комбинаций против коллекции carbapenem устойчивостью Enterobacteriaceae, мы обнаружили, что во время 49 521 испытаний (9,4%) было непригодным для использования из-за нескольких пропущенные скважин, 2 12 антибиотиков тестирование (Фосфомицин и Цефепим) приходилось 46 этих испытаний (94%). Такое увеличение ставки могут быть более вероятно, наркотиков, которые особенно чувствительны к посевным материалом эффект31,,3237. Следует отметить CLSI не рекомендую тестирования фосфомицина в бульон разрежения25 из-за озабоченности по поводу надежности результатов с помощью этого метода, который может объяснить ненадежные результаты, наблюдаемые с этим препаратом. Некоторые изменения могут быть сделаны автоматизированных клетчатый метода согласно предпочтению следователь. Противомикробных препаратов может обойтись в пластины, уже содержащий бактериальных подвеска, а не в пустых скважины, если это предпочтительно по причинам рабочего процесса в пределах лаборатории. Хотя 384-ну пластины были использованы здесь, метод может также осуществляться в 96-луночных пластины анализов с соответствующей модификации хорошо тома. Использование формата 96-луночных пластины может помочь в снижение пропущенные скважин для антибиотиков, которые особенно чувствительны к малым изменениям в посевным материалом. При расчете ФИК,я, могут существовать ситуации, когда микрофон-шкала (то есть, выше, чем тестирование), включая ситуации, когда препарат проходит испытания не деятельность индивидуально против тип проверяемого организма. В этих случаях сии может быть рассчитываются на основе при условии, что микрофон находится один разрежения, выше, чем самая высокая концентрация испытания. Это наиболее консервативной стратегией, как это предполагает максимальное возможное значение FIC для любого разбавления, где наблюдается торможение при тестировании взаимодействия. Например если фактические MIC были вместо этого два удвоение разведений выше самая высокая концентрация испытания, то соответствующий FICs бы два раза ниже, чем на консервативной назначений и так далее.
Для того, чтобы точно оценить бактерицидная активность препаратов в assay время убить, важно что культур в логарифмической фазы роста, особенно, когда антибиотики активной клеточной стенки в настоящее время испытания28. Для быстро растущих бактерий, используемые в этом примере (K. pneumoniae), 3 часа инкубации с встряхивания было целесообразно достичь этой фазы роста, но различное количество времени может потребоваться для различных организмов. В целом культура должна появиться заметно, но не сильно мутная. Достаточное количество времени можно определить путем построения кривой роста с колонии рассчитывает на серийный время точек (например, каждые 30 мин для 4-6 ч)38. Важно также предполагаемого начала посевным материалом в исследовании время убить. Концентрация целевого начиная посевным материалом составляет приблизительно 5 x 105 до 1 x 10-6 кое/мл. Описанные здесь разрежения (100 мкл 1.0 подвески МакФарланд в 10 мл средства массовой информации) генерирует этот посевным материалом Klebsiella pneumoniae и других видов Enterobacteriaceae , на котором мы проверили его. Если плотность начального инокуляты в ходе эксперимента с использованием различных организмов является значительно выше или ниже, чем это, могут потребоваться различные разрежения. (Соответствующие разрежения, необходимых для данного вида можно определить, выполнив пластины, количество 0,5 или 1,0 МакФарланд подвеска определить как многих организмов, это замутненности представляет, затем расчета суммы, по которому должен быть начальный подвеска разбавляют до достижения соответствующей конечной концентрации). Если на обзоре графов пластины из касающегося синергизма исследования, начиная посевным материалом любого из трубок, содержащих антибиотик обнаруживается были значительно ниже, чем начальная посевные роста управления, это может указывать либо антибиотиком уноса или очень быстрое уничтожение бактерий в короткое время между добавлением бактерий к антибиотикам содержащих трубке и удаление Алиготе для обшивки. Если фактическое количество колоний в неразбавленном падение в серии меньше чем количество колоний в последующих разведениях, это предполагает антибиотик переходящий эффект. Для предотвращения этого эффекта, включая распространение одного Алиготе над всей пластине38 или спиннинг вниз образца, удаление супернатант и повторного приостановления в стерильного физиологического раствора до обшивки39были описаны различные варианты. В каждый момент времени в методе убить время это также важно для следователя эффективно, но точно удалить Алиготе из каждой культуры трубки и выполнять серийных разведений. Задержки в ходе этого процесса, особенно во время раннего момента времени, которые происходят в быстрой последовательности, может привести к длительных периодов, в течение которых культуры являются не были инкубировали и потряс, тогда как небрежно дозирования и серийных разведений может привести к неточной пластины отсчеты. По сравнению с распространение пластины метод подсчета пластины, в котором 100 мкл каждого разведения распространяется на весь агар пластины, падение пластины методом, описанным гораздо более быстрый, требует гораздо меньшее количество плиты агара и позволяет для быстрый подсчет, как максимум Счётное количество колоний для каждой капли-30, в то время как вплоть до 300 колоний обычно могут быть подсчитаны с распространением плиты. Однако метод распространения пластины также является альтернативой, если следователи более комфортно с этой техникой. Если капли друг в друга после отказа многоканальные пипетки, могут выполняться отдельные приложения более широко расставленными капель с Одноканальные Пипетки. В нашем опыте охлаждение пластины на 4 ° C до выдачи капли казалось для сокращения чрезмерного распространения.
Одно ограничение методов, описанных здесь, что результаты двух типов пробирного синергии (клетчатый массив и время убить) не всегда совпадают, и так как большинство опубликованных статей синергии использовать один метод или другой, а не оба вместе, она может будет трудно понять, как интегрировать данные из этих двух видов анализов. Поскольку метод массива автоматизированных шахматной доски, которую мы разработали простой и высок объём, мы использовали его в силу как своего рода экран для проверки комбинации против большего числа изолятов и определить, какие комбинации концентрации были синергетический. Затем мы провели меньшее количество времени убить исследований, выбор комбинаций и концентрации, которые оказались эффективными в массиве шахматной доски. Следует отметить, потому что шахматная доска обычно генотипирования в microbroth масштабе разрежения, в то время как время убить assay использует большие объемы (аналогично macrobroth разрежения), мы обнаружили, что FICs иногда отличаются между двумя методами, с более высокой концентрации, обычно требуется в assay убить время проявить активность. Это явление было отмечено ранее, когда macrobroth и microbroth разрежения MIC пробирного результаты сравниваются для грамположительных бацилл26 и когда большие инокуляты (как в времени убить исследований) сравниваются с стандартным посевным материалом, используемых в microbroth разведение и Шахматная доска массив assays32. Конкретные ограничением клетчатый массива является присущие изменчивость в microbroth разрежения MIC тестирования22. Хотя FICя предохранители синергии счета для этой изменчивости математически6 такой изменчивости неизбежно вызывает озабоченность по поводу надежности и последовательности клетчатый массив результатов.
Из-за ограничений, присущих всем в пробирке синергии тестирования методов (включая культивирование бактерий в искусственный рост среднего, статические концентрации антибиотиков и ограниченного времени курс), должны быть подтверждены результаты, полученные этими методами и Далее вычисляется с использованием дополнительных методов. Такие методы включают в пробирке фармакокинетические/фармакодинамических (PK/PD) исследования (например, полые волокна инфекции модель40), Животные модели и, в конечном счете, человеческие исследования Фармакологических и эффективность. Автоматизированных шахматной массив метод, описанный здесь, предоставляя быстрый метод с которой экран комбинации для потенциального синергизма деятельности, позволяет для более целенаправленных использования этих методов. Дальнейшей автоматизации всех этих методов, как также более систематическое исследование связи между параметрами в пробирке и клинические исходы, будет иметь важное значение в масштабирования вверх использование синергии тестирования и повышения его клинического применения.
The authors have nothing to disclose.
Thea Бреннан-Krohn было поддержано, Юнис Кеннеди Шрайвер национального института здоровья ребенка и детских инфекционных заболеваний человеческого развития исследований обучения Грант (T32HD055148), Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний (Грант) обучение T32AI007061), Бостон Детская больница управления из факультет Факультет карьеры развития стипендий и Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний карьеры премии в области развития (1K08AI132716). J.E.K. была поддержана национального института аллергии и инфекционных заболеваний национальных институтов здоровья под номером R33 AI119114 премии. Содержание является исключительно ответственности авторов и не обязательно отражают официальную точку зрения национальных институтов здоровья.
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 |