Indurre Meningococcal Meningitis Serogroup C in Topi tramite consegna intracisternale

Neisseria meningitidis è un Gram negativo – proteobacterium limitato all’ospite umano, ben noto per essere una delle cause più comuni di meningite e sepsi nella popolazione umana in tutto il mondo. Colonizza il tratto respiratorio superiore (naso e gola) di portatori sani e asintomatici (2-30% della popolazione), ma il batterio a volte elude varie difese immunitarie dell’ospite e si diffonde dal flusso sanguigno al cervello causando un locale incontrollato infiammazione, conosciuta come meningite meningococcale. Una combinazione di fattori ospiti e batterici sembra contribuire alla transizione dal comportamento commensale al comportamento invasivo¹.

N. meningitidis è specializzata esclusivamente nella colonizzazione umana e nell’infezione. Ha una gamma di ospiti ristretta e, quindi, ha limitato gli studi di patogenesi in vivo a causa della mancanza di modelli animali adatti che riproducono la malattia meningococcale umana. Di conseguenza, aveva portato a lacune fondamentali nella comprensione per quanto riguarda la patogenesi della setticemia e meningite causata dal meningococco. Negli ultimi decenni, lo sviluppo di molti sistemi in vitro ha permesso l’identificazione di diversi fattori di virulenza meningococcica^2,3,4. Sebbene questi preziosi studi abbiano fornito importanti informazioni per comprendere il ruolo di questi fattori per un’infezione meningococcica di successo, questi modelli non hanno permesso di valutare le conseguenze delle interazioni batteriche con l’ortore e il cellulare sistema immunitario e ancor meno con l’intero tessuto. I modelli animali in vivo di infezione sono di grande rilevanza anche per la valutazione del grado di protezione conferito dalle formulazioni del vaccino. Come patogeno umano-tropico, il meningococco possiede determinanti appropriati necessari per un’infezione di successo come le strutture superficiali (cioè, i pili di tipo IV e le proteine di opacità) e i sistemi di assorbimento del ferro per i recettori umani e le proteine di trasporto (ad es. transferrin e lattoferina)^5,6,7 per aderire correttamente, sopravvivere e invadere l’ospite umano. Infine, le capacità di variazione genetica del patogeno per eludere e/o bloccare la risposta immunitaria umana contribuiscono ulteriormente al tropismo ad alta specie^8,9. Pertanto, l’assenza di specifici fattori ospiti, coinvolti nell’interazione, può bloccare i passi del ciclo di vita dell’agente patogeno, stabilendo notevoli difficoltà nello sviluppo di piccoli modelli animali che riassumono il ciclo di vita meningococcico.

Negli ultimi decenni, sono stati sviluppati diversi approcci per migliorare la nostra comprensione del ciclo infettivo meningococcico. Le infezioni di due modelli animali, topo e ratto, sia per via intraperitonelale (i.p.) o per intranasale (i.n.), sono state sviluppate per riprodurre la malattia meningococcica^{10,11,12,13,14 ,15,16,17}. Il topo da laboratorio è probabilmente uno degli animali più versatili per indurre l’infezione da meningococco sperimentale.

Tuttavia, il modo di infezione i.p. porta allo sviluppo di sepsi grave anche se non imita la via naturale dell’infezione, mentre la via dell’infezione i.n. è stata utile per valutare la patogenesi meningococcica, anche se può indurre l’infezione polmonare prima della sepsi^{10,11,12,13,14,15,16,17}.

Il modello di mouse i.p. è stato strumentale per valutare la protezione dalla sfida meningococcico^10,11,12. Il modello murino della colonizzazione meningococcica basata sulla via dell’infezione i.n. è stato sviluppato con topi infantili, in quanto sono più suscettibili alle meningococchi, per riprodurre un’infezione invasiva che imita il decorso della malattia meningococcica nell’uomo ^13,14,15,16^,17. Inoltre, per promuovere la replicazione meningococcica nell’ospite murino, sono state applicate anche un numero crescente di strategie tecniche tra cui la somministrazione del ferro agli animali per migliorare l’infezione, l’uso di inoculumbatterico elevato , ceppo batterico del passaggio di topo e l’impiego di ospiti animali infantili o immunocompromessi^{10,13,15,18,19}. L’espressione di fattori umani specifici come CD46²⁰ o transferrin²¹ ha aumentato la suscettibilità dei topi a questo batterio umano-tropico; l’impiego del modello xenotrapianto della pelle umana è stato utile anche per valutare la capacità di adesione di meningococci all’endotelio umano^22,23. Collettivamente, il recente sviluppo di topi transgenici umanizzati ha migliorato la comprensione della patogenesi meningococcica e delle sue interazioni con l’ospite.

In precedenza, abbiamo sviluppato un modello murino di meningite meningococco dove l’inoculazione dei batteri è stata eseguita nella cisterna magna di topi adulti con batteri passati dai^{topi 24}. I parametri clinici e il tasso di sopravvivenza dei topi infetti hanno dimostrato la creazione di meningite con caratteristiche paragonabili a quelle osservate nell’ospite umano, nonché le analisi microbiologiche e istologiche del cervello. Da questi topi infetti, i batteri sono stati, anche, recuperati dal sangue, fegato, e milza, e carichi batterici da organi periferici correlati con la dose infettiva. In particolare, questo modello è stato impiegato per valutare la virulenza di un ceppo mutante isogenico difettoso nel trasportatore L-glutammato GltT²⁴. Recentemente, utilizzando il nostro modello murino di meningite meningococcica basata su i.cist. percorso con ceppo C sierogruppo C 93/4286^2,24 e un mutante isogenico difettoso nella codifica genica cssA per UDP-N-acetylglucosamine 2-epimerase^2,abbiamo analizzato il ruolo dell’acido sialico esposto nello stabilimento della malattia nei topi.

In questo protocollo, descriviamo un metodo semplice per indurre meningite sperimentale meningococcica basata sull’i.cist. dell’infezione nei topi adulti balb/c. Questo metodo è particolarmente utile per la caratterizzazione dell’infezione da meningococco in un ospite murino, nonché per la valutazione della virulenza tra ceppi di riferimento di tipo selvaggio e mutanti isogenici. La via intra-cisternale dell’infezione garantisce la consegna completa delle meningocci direttamente nella cisterna magna, che a sua volta facilita la replica batterica nel liquido cerebrospinale (CSF) e induce la meningite con caratteristiche che imitano quelle presente^{sull’uomo 2,24,25,26}.