Un modello di imaging neonatale di sepsi batterica gram-negativa

La sepsi batterica è una preoccupazione significativa per i neonati che mostrano un profilo immunitario unico nei primi giorni di vita che non fornisce un’adeguata protezione dall’infezione¹. La sepsi neonatale continua ad essere un problema sanitario significativo negli Stati Uniti, rappresentando oltre 75.000 casi all’anno solo negli Stati^{Uniti 2}. Per studiare queste infezioni in profondità, sono necessari nuovi modelli animali che ricapitolano aspetti della malattia umana. Abbiamo stabilito un modello di infezione neonatale del topo utilizzando Escherichia coli, O1:K1:H7³. E. coli è la seconda causa principale di sepsi neonatale negli Stati Uniti, ma responsabile della maggior parte della mortalità associata alla sepsi^4,5. Tuttavia, è la causa principale quando i bambini pre-termine e molto bassi di peso alla nascita (VLBW) sono considerati indipendentemente⁵. Il sierotipo K1 è più frequentemente associato a infezioni invasive del flusso sanguigno e meningite nei neonati^6,7. Attualmente, non ci sono altre opzioni di trattamento oltre agli antibiotici e alle cure di supporto. Nel frattempo, i tassi di resistenza agli antibiotici continuano ad aumentare per molti batteri patogeni, con alcuni ceppi di E. coli resistenti a una moltitudine di antibiotici comunemente usati nel trattamento⁸. Pertanto, è imperativo continuare a generare metodi per studiare i meccanismi della sepsi e la risposta dell’ospite nei neonati. Questi risultati possono aiutare a migliorare i trattamenti attuali e gli esiti delle infezioni.

Lo stato immunitario dei neonati è caratterizzato da differenze fenotipiche e funzionali rispetto agli adulti. Ad esempio, elevati livelli di citochine antinfiammatorie e regolatorie, come l’interleuchina (IL)-10 e l’IL-27, hanno dimostrato di essere prodotti da macrofagi derivati dal sangue del cordone ombelicale e sono presenti a livelli maggiori nel siero dei neonati murini^9,10,11. Ciò è coerente con i livelli più bassi di IFN-α, IFN-ɣ, IL-12 e TNF-α che sono frequentemente segnalati dalle cellule neonatale rispetto alle controparti adulte¹⁰. Inoltre, il sistema immunitario neonatale è inclinato verso una risposta cellulare T Th2 e regolatore rispetto agli adulti¹². Un numero elevato di neutrofili, cellule T, cellule B, cellule NK e monociti sono presenti anche nei neonati, ma con notevoli compromissioni funzionali. Ciò include difetti nell’espressione dei marcatori di superficie cellulare e presentazione dell’antigene che suggeriscono immaturità^13,14,15. Inoltre, i neutrofili neonatale sono significativamente carenti nella loro capacità di migrare a fattori chemiotattici¹⁶. Le cellule soppressori derivate da mieloidi (MSC) si trovano anche a livelli elevati nei neonati e recentemente hanno dimostrato di essere una fonte di IL-27¹¹. Gli MSM sono altamente soppressivi nei confronti delle celle^{T 17}. Collettivamente, questi dati dimostrano limitazioni nell’immunità neonatale che conferiscono una maggiore suscettibilità alle infezioni.

Per studiare la progressione del carico batterico e sezionare le risposte immunitarie protettive dell’ospite durante la sepsi neonatale, abbiamo sviluppato un nuovo modello di infezione. Topi neonatale a giorni 3-4 di vita sono difficili da iniettare nello spazio intraperitoneale o nella vena della coda. Nel nostro modello, ai cuccioli del giorno 3 o 4 viene somministrato l’inoculo batterico o pbs per via sottocutanea nella regione scapolare. Un’infezione sistemica si sviluppa e utilizzando luminescente E. coli O1:K1:H7, possiamo immaginare longitudinalmente singoli topi neonatale per seguire il carico batterico diffuso nei tessuti periferici. Questo è il primo modello segnalato ad utilizzare l’imaging intravitale per comprendere la cinetica della diffusione dei batteri durante la sepsi nei neonati murini³.

Qui descriviamo un protocollo per indurre infezioni settiche di E. coli nei topi neonatale³. Descriviamo come preparare l’inoculo batterico per l’iniezione e come raccogliere il tessuto per la valutazione della patologia, la misurazione dei marcatori infiammatori mediante l’analisi dell’espressione genica e l’enumerazione del carico batterico. Inoltre, viene descritto anche l’uso di E. coli luminescente per l’imaging intravitale di neonati infetti e la quantificazione dell’uccisione batterica da parte delle cellule immunitarie neonatale. Questi protocolli possono anche essere adattati per studiare altre importanti infezioni batteriche nei neonati. I dati qui presentati rappresentano un nuovo approccio generale alla comprensione della dinamica dell’infezione in un modello di sepsi neonatale traducibile.