هنا، نقدم طريقة فعالة وفعالة لحقن الوريد ذيل القوارض باستخدام جهاز الاحترار / تقييد مصممة بشكل فريد. من خلال تبسيط بدء عمليات توسع الأوعية وتقييدها ، يسمح هذا البروتوكول بحقن دقيقة وفي الوقت المناسب عن طريق الوريد لمجموعات كبيرة من الحيوانات بأقل قدر من الضيق.
في نماذج القوارض ، تعد حقن الوريد الذيل طرقا مهمة لإدارة العوامل التجريبية عن طريق الوريد. حقن الوريد الذيل عادة ما تنطوي على ارتفاع درجة حرارة الحيوان لتعزيز توسع الأوعية، والذي يساعد في كل من تحديد الأوعية الدموية ووضع الإبرة في تجويف السفينة مع تقييد الحيوان بشكل آمن. على الرغم من أن حقن الوريد الذيل هي إجراءات شائعة في العديد من البروتوكولات ولا تعتبر تقنية للغاية إذا أجريت بشكل صحيح, حقن دقيقة ومتسقة حاسمة للحصول على نتائج قابلة للاستنساخ وتقليل التباين. تعتمد الطرق التقليدية لتحفيز توسع الأوعية قبل حقن الوريد الذيل بشكل عام على استخدام مصدر حراري مثل مصباح حراري أو منصات حرارية كهربائية / قابلة لإعادة الشحن أو مياه مسخنة مسبقا عند 37 درجة مئوية. ورغم أن هذه الأدوات يمكن الوصول إليها بسهولة في إطار مختبري قياسي، فإنها تعاني بوضوح من ضعف/محدودية القدرة التنظيمية الحرارية. وبالمثل، على الرغم من أن أشكالا مختلفة من أجهزة التقييد متاحة تجاريا، إلا أنه يجب استخدامها بعناية لتجنب الصدمات التي يتعرض لها الحيوانات. هذه القيود المفروضة على الأساليب الحالية تخلق متغيرات غير ضرورية في التجارب أو تؤدي إلى نتائج متفاوتة بين التجارب و / أو المختبرات.
في هذه المقالة، ونحن نظهر بروتوكول تحسين باستخدام جهاز مبتكر يجمع بين مستقل، ينظم حراريا، جهاز الاحترار مع وحدة تقييد قابل للتعديل في نظام واحد لحقن الوريد الذيل مبسطة فعالة. المثال الذي نستخدمه هو نموذج وريدي لالتهاب مجرى الدم الفطري الذي يؤدي إلى الإنتان. يتكون جهاز الاحترار من صندوق أكريليك عاكس للحرارة مثبت مع منظم حرارة أوتوماتيكي قابل للتعديل للحفاظ على درجة الحرارة الداخلية عند عتبة محددة مسبقا. وبالمثل ، يمكن ضبط عرض وارتفاع جهاز تقييد المخروط لاستيعاب أحجام القوارض المختلفة بأمان. مع الميزات المتقدمة ومتعددة الاستخدامات للجهاز ، يمكن أن تصبح التقنية الموضحة هنا أداة مفيدة عبر مجموعة من مجالات البحث التي تنطوي على نماذج القوارض التي تستخدم حقن الوريد الذيل.
كان استخدام النماذج الحيوانية التي تنطوي على القوارض عنصرا أساسيا في البحوث الطبية الحيوية. تتوفر العديد من السلالات الأصيلة والمبررة، وكذلك الخطوط المعدلة وراثيا، وتستخدم بشكل روتيني في المختبرات في جميع أنحاء العالم. حقن الوريد الذيل هو واحد من الطرق الأساسية في نماذج القوارض التي تتطلب عن طريق الوريد (أي) إعطاء العوامل التجريبية. عموما, أي الحقن لها مزايا كبيرة على طرق أخرى للإدارة مثل ارتفاع معدلات الامتصاص عن طريق تجاوز الأنسجة المحلية والجهاز الهضمي والتسامح عالية لحلول مجموعة واسعة من التركيزات أو درجة الحموضة غير الفسيولوجية1,2,3,4. من بين طرق أخرى قابلة للحياة (مثل الأوردة السابهينية ، الجيوب الوريدية المدارية الرجعية) ، تعتبر عروق الذيل الأوعية الدموية الأكثر أمانا وسهولة الوصول إليها في القوارض2و3و5و6. ومن ثم، تم استخدام حقن الوريد الذيل على نطاق واسع في مجموعة من نماذج القوارض بما في ذلك نماذج الأمراض المعدية7،8،9، زرع المواد البيولوجية10،11، تقييم العلاجات قبل السريرية12،13، والتحليلات السامة14،15.
اتساق ودقة ال دوس شرط حاسم في حقن الوريد الذيل ناجحة. والمثير للدهشة، والتقييم الكمي والنوعي للحقن الوريد الذيل في الأدب تورط متكررة سوء الحقن16،17. وأفادت دراسة أن اثني عشر من أصل ثلاثين حقنة يقوم بها حاقنون مدربون تركت أكثر من 10٪ من الجرعات المحقونة داخل الذيل18. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون سلامة وراحة الحيوان الذي يتلقى حقن الوريد الذيل مصدر قلق رئيسي أثناء الإجراء. ضبط النفس غير السليم يمكن أن يؤدي إلى إصابات ومجموعة من الأمراض المرتبطة بالإجهاد (على سبيل المثال، فقدان الوزن، ضعف الاستجابات المناعية) التي يمكن أن تدخل متغيرات كبيرة في جودة العينة19،20. ويمكن أن تتسبب هذه الأخطاء في زيادة التباين في البيانات وضعف إمكانية الاستنساخ، مما يؤثر سلبا على نتائج الدراسة.
تحريض تمدد الأوعية الدموية في الحيوان غالبا ما يكون ضروريا عند إجراء حقن الوريد الذيل بسبب القطر الصغير للوعاء، ويقدر أن يكون 300 ميكرومتر في الفئران21. يعزز توسع الأوعية رؤية الأوردة الذيلية والمساعدات في تحقيق المحاذاة المثلى للأبرة الوريدية داخل التجويف الوريدي. وقد تم الإبلاغ عن مجموعة متنوعة من الطرق من قبل مختبرات مثل غمر الذيل في الماء الدافئ22، وتطبيق الحرارة على الذيل باستخدام ستارة دافئة ، مصباح ، أو مجفف الشعر23،24، أو وضع الحيوان في بيئة دافئة باستخدام وسادة التدفئة ، حاضنة ، أو مربع جنبا إلى جنب مع واحد من هذه المصادر الحرارية25. ويمكن أن تكون هذه الأجهزة إما ذاتية الصنع لأغراض محددة أو متاحة من الموردين التجاريين. ومع ذلك، يفتقر العديد منها إلى قدرات التنظيم الحراري، وإذا وجد، فإن درجة حرارة الجهاز سيئة الصيانة وغالبا ما تخضع لاختلافات في درجة حرارة الغرفة. وبالمثل ، فإن استخدام جهاز تقييد ضروري لحقن الوريد الذيل حيث لا ينصح باستخدامالتخدير 26،27. وقد تم تطوير عدة أنواع من أجهزة التقييد الخاصة بالمختبرات أو التجارية. عادة ، يتم وضع الحيوان في أنبوب مخروطي 50 مل المتاح4، جدران زجاج شبكي مشقوق ، نفق ، أومخروط 28، وكلها تسمح بالتعرض وافرة من الذيل مع تقييد تحركات الحيوان. ومع ذلك ، فإن معظم المقيدين لديهم قيود على الحجم بسبب صلابة المواد. وعلاوة على ذلك، لا يبدو أن الأجهزة الحديثة عالية التعقيد، على الرغم من التصاميم العملية والمتطورة، مجدية للحقن التي تنطوي على مجموعات كبيرة منالحيوانات 22.
نماذج الماوس من عدوى مجرى الدم والإنتان المرتبطة بها هي مثال رئيسي على الحالات التي تتطلب استخدام هذه التقنية. من بين جميع المسببات الميكروبية لتعفن الدم السريري الحاد ، غالبا ما يكون الإنتان الفطري حالة قاتلة مع معدلات وفيات تبلغ >40٪ على الرغم من العلاج المضاد للفطريات29. في الواقع, وقد تم الإبلاغ عن العدوى من قبل المبيضات albicans كرابع سبب رئيسي للعدوى مجرى الدم المكتسبة في المستشفى (المبيضات)30,31. في المبيضات داخل البطن ، يمكن للكائنات الحية الدقيقة في الجهاز الهضمي أن تنشر عبر مجرى الدم وتسبب تعفن الدم متعدد الميكروبات مع معدل وفيات أكبر32و33و34. كما تظهر معظم حالات المبيضات nosocomial من القسطرة الخط المركزي الملوثة أو الأجهزة الطبية indwelling35،36، أي التطعيم مع C. albicans عن طريق حقن الوريد الذيل يمكن أن تعكس عن كثب تطور الإنتان البشري وكان وسيلة أساسية في نموذج الماوس من داء المبيضات المنتشرة بشكل دموي37،38. في هذا النموذج، يمكن تمديد الوفيات التي تحدث في أيام أو تقصير عن طريق ضبط C. albicans i.v. inoculum39،40،41.
في الآونة الأخيرة، طور مختبرنا بروتوكول مبتكر لحقن الوريد الذيل مبسطة على النحو الأمثل باستخدام جهاز مبتكر مجهز بوحدة الاحترار الحرارية، يقترن وحدة تقييد قابل للتعديل، في نظام واحد مناسب. يسمح هذا البروتوكول للباحثين بإجراء حقن الوريد الذيل بطريقة دقيقة وفي الوقت المناسب ، في حين يمكن تكييف الحيوانات بأمان وتقييدها لإجراء الحد الأدنى من الضيق. ويمكن للتقنيات التي أظهرت هنا، باستخدام جهاز الاحترار والتقييم المتقدم، أن تكون أداة مفيدة في مختلف مجالات البحوث التي تستخدم نماذج القوارض.
الدواسة متسقة ودقيقة هي المتطلبات الرئيسية للموثوقية التجريبية في النماذج الحيوانية. وهذا مهم بشكل خاص في حالات أي إدارة حيث التوافر البيولوجي النظامي للعوامل المحقونة أعلى بكثير / أسرع مما كانت عليه مع طرق الإدارة الأخرى3. وهكذا، يمكن أن يكون للأخطاء في حقن الوريد الذيل تأثير ضار على نتائج الدراسة. تاريخيا، الحقن داخل الصفاق (أي p.) ، بدلا من أي، كان الأسلوب الأكثر شيوعا للوصول النظامي في القوارض بسبب البساطة التقنية والراحة. ومع ذلك ، تصبح طرق الإدارة أكثر أهمية عند ترجمة قراءات ما قبل السريرية من الحيوانات إلى بيئات سريرية. وبالتالي ، هناك حاجة إلى تحسين مستمر في بروتوكولات القوارض التي يمكن أن تسهل حقن الوريد الذيل الناجح.
التقدم الرئيسي في هذا البروتوكول هو جهاز الاحترار الحراري المبتكر الذي يمكن من التعريفي الفعال لل توسع الأوعية في القوارض ، مما يحسن بشكل كبير من رؤية عروق الذيل ومحاذاة الإبر. طرق التدفئة التي هي غير منظم حراريا سيئة (مثل المصابيح) ، وvasodilators الموضعية أو مهيجات الجلد (على سبيل المثال ، xylenes) ليست فقط غير موثوق بها ، ولكنها أيضا غير آمنة للحيوان وينبغي تجنبها44. خلافا لغيرها من الأساليب التقليدية، مثل غمر الذيل في الماء الدافئ، يمكن للقدرة على التنظيم الذاتي لهذا الجهاز شرط بأمان متعددة في وقت واحد. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تعزيز هذا البروتوكول بشكل أكبر باستخدام جهاز التقييد المصمم على النحو الأمثل والسماح بشل الحركة السريع والآمن للحيوان في وضع يعرض أفضل وريد الذيل الجانبي.
تنسيقات البوق شفافة ينظر في العديد من القيود الحالية، على الرغم من تصميمها بشكل جيد عمليا، تتطلب المزيد من الوقت التعامل مع كل حيوان، وبالتالي إطالة أمد عملية تقييد45. هذا يمكن أن يكون أكثر إشكالية في سلالات القوارض مع الصفات العدوانية التي تقدم التعاون المحدود46،47. وعلى النقيض من ذلك، يسمح الهيكل شبه المغلق للجهاز التقييدي بتحديد المواقع السريع للحيوان ويساعد على تقليل مدة ضبط النفس إلى أدنى حد. معا، بروتوكول مبسطة باستخدام مبتكرة، ونظام الاحترار الأمثل للغاية / كبح يسرع إجراء الحقن، مما يسمح للتعاطي سريعة وفعالة من مجموعات كبيرة من الحيوانات. في مختبرنا، نقوم عادة بإكمال إجراء حقن كامل ل 30 فأرا بدءا من المعالجة الحرارية إلى مراقبة ما بعد الحقن في غضون ساعة واحدة باستخدام هذا البروتوكول.
على الرغم من الميزات المتقدمة، وهذا الجهاز لديه بعض العيوب واضحة: الأول هو تكلفة الجهاز واستبدال المصباح الكهربائي الروتينية في غرفة الاحترار. ومع ذلك ، بالإضافة إلى كفاءة وسرعة الحقن ، فإن الجهاز دائم للاستخدام المتكرر ومتوافق مع المطهرات الأكثر شيوعا ، مما يسمح بالتنظيف الشامل للجهاز بين الاستخدامات. معا، وهذا يعوض الاستثمار الأولي. Second، في الحالات ذات مساحة عمل محدودة، قد يكون عيب لهذا البروتوكول شرط لمنطقة مقاعد البدلاء مخصصة كبيرة بما يكفي لوضع وحدتين، جنبا إلى جنب، أثناء تنفيذ الحقن. ومع ذلك ، لأنه يمكن استخدام الجهاز على نطاق واسع عبر العديد من بروتوكولات القوارض التي تنطوي على حقن أي v. ، فمن الممكن أن يكون الجهاز بمثابة أداة أساسية مماثلة لمعدات vivarium المجتمعية الأخرى مثل مبخرات isoflurane. بغض النظر عن ذلك، فإن الوحدتين محمولتان بسهولة ويمكن تجميعهما وتخزينهما أثناء عدم استخدامهما.
نموذج التحدي القاتل لتعفن الدم الفطري المورين الموصوف في هذا البروتوكول يحاكي عن كثب التهابات مجرى الدم C. albicans في البشر وقد تم استخدامه على نطاق واسع لدراسة الفوعة الفطرية ، واختبار فعالية العلاجات المضادة للفطريات ، وتوصيف الاستجابات المناعية المضيفة للعدوى37،39،48. لتحقيق عدوى قابلة للاستنساخ ، أي التطعيم عن طريق حقن الوريد الذيل هو الخطوة الأكثر حيوية في البروتوكول لضمان التسليم الدقيق للكائنات الحية في مجرى الدم. في الواقع ، تستجيب الحيوانات بشكل مختلف جدا لمستويات مختلفة من تحديات المبيضات ؛ إدارة كميات منخفضة جدا من inoculum سيؤدي إلى استرداد عفوية غير المرغوب فيها، في حين أن الحيوانات التي تتلقى جرعات عالية جدا سوف تستسلم قبل الأوان. تعتمد النافذة المحددة لأحجام الإنكولوم للكائن الحي المعين للحث على مستوى ثابت من الإنتان / الوفيات إلى حد كبير على كل من السلالات الفطرية وسلالات الماوس.
البروتوكول الحالي باستخدام الفئران ويبستر السويسرية في inoculum من 1 ×10 5 البرية من نوع C. albicans تسبب بشكل مستنسخ بداية مراضة الإنتان في غضون يوم واحد، تليها وفيات تدريجية مما أدى إلى 100٪ الفتك من قبل 5-7 أيام. في المقابل، يؤدي العقاط أعلى من 1 ×10 5 عادة إلى تسارع الوفيات (أي 1-2 أيام في 1 × 106، 3-4 أيام في 5 × 105)،وتلك التي تقل عن 1 × 105 هي دون قاتلة. تمشيا مع العديد من التقارير في الأدب، واستخدام الأنواع المبيضات غيرalbicans بدلا من C. albicans النتائج في انخفاض كبير في الفتك40،49. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون لاختيار سلالات الماوس ، أو حتى أصل المستعمرات ، تأثير كبير على نتائج العدوى بسبب الحساسية المختلفة بين سلالات الماوس ، كما ذكر آخرون39،40،41،50،51،52،53،54،55. ومن ثم، ينبغي أن يؤخذ كلاهما في الاعتبار عند تصميم التجارب.
بعد تحدي قاتل في أي، تنتشر الخلايا الفطرية بسرعة عبر مجرى الدم وتبدأ في غزو أعضاء متعددة، من بينها الأكثر تضررا هي الكلى41. الأعضاء الأخرى المتضررة هي الدماغ والطحال ونخاع العظم48،56. بغض النظر عن ذلك ، الإنتان الحاد هو السبب النهائي للوفاة في وقت مبكر من النقاط37. كما هو مبين في النتائج التمثيلية ، يمكن تقييم شدة الإنتان كميا من خلال نقاط التقييم السريري الماوس لتعفن الدم (M-CASS) استنادا إلى العلامات المعروضة على حالة الإنتان في الحيوانات المطعون فيها43،57. من بين العديد من العلامات البديلة لتعفن الدم القاتل ، تم اقتراح انخفاض حرارة الجسم كمنبئ حرج للوفاة الوشيكة في كل من الإنتان السريري والتجريبي43،58،59.
على الرغم من عدم إجراء دراسات رسمية لمقارنة الفئران الأصيلة مقابل الأصيلة مباشرة في هذا النموذج ، فإن البيانات التي تم الحصول عليها من البروتوكول الحالي باستخدام فئران ويبستر السويسرية الأصيلة قابلة للاستنساخ بشكل استثنائي في معلمات الإنتان المختلفة ، على الرغم من التغايرية الوراثية المفترضة. عموما، نمط من الوفيات التي تقع في غضون 3-5 أيام هو نموذج ثابت من الإنتان الحاد، كما يتضح من الارتفاع السريع في مراضة الإنتان ومستويات علامات الالتهاب في غضون ساعات من التحدي بعدالقاتلة 50،51. بالنسبة لأوقات البقاء على قيد الحياة الأطول (7-10 أيام)، من المرجح أن يكون الوفيات نتيجة للعبء الميكروبي الذي يؤدي إلى تلف الأنسجة القاتلة في الأعضاء المستهدفة والجهاز العصبي المركزي. يمكن تطبيق اختيار الإنتان أو العبء الميكروبي حسب الضرورة لتقييم وظائف المناعة أو الاستجابات للأنظمة المضادة للالتهابات أو العلاجات المضادة للفطريات / اللقاحات ، كما يحددها الإنكولوم المستخدم.
بالإضافة إلى نموذج التحدي القاتل i.v. ، يمكن أن تؤدي العدوى داخل البطن مع C. albicans في الفئران عن طريق تحدي i.p. أيضا إلى انتشار المبيضات والإنتان اللاحق ، على الرغم من أن التطعيم المشترك مع الممرض البكتيري ، المكورات العنقودية والكورس المسالك التنفسية ، يعزز الوفيات بشكل تآزري مقارنة ب C. albicans أحادي العدوى51،60،61. في نموذج التحدي القاتل i.p. ، مطلوب من العقور الميكروبي الأعلى بكثير (1.75 ×10 7C. albicans/ 8 ×10 7S. aureus لكل فأر) التسبب في التهاب الصفاق متعدد الميكروبات ونشر الكائنات الحية من تجويف البطن في مجرى الدم. وبالمثل ، فإن العدوى المعدية المعوية مع C. albicans في الفئران المعالجة بعوامل مثبطة للمناعة و / أو ضارة بالغشاء المخاطي تؤدي إلى نقل الخلايا الفطرية إلى مجرى الدم وتؤدي إلى الإنتان الفطري62،63. على الرغم من طرق التطعيم المميزة ، فإن آلية الإنتان الفطري الذي يترتب على ذلك مماثلة إلى حد كبير بين نماذج المرض الثلاثة ، والتي تنطوي على استجابة proinflammatory الجهازية غير المنضبطة ل المبيضات التي تؤدي إلى فشل الجهاز37،51،61. وبالمثل ، في البشر ، فإن هذه العملية من الاستجابة المضيفة ، وليس فقط candidemia ، هي التي تسبب ارتفاع المراضة / الوفيات المرتبطة بداء المبيضات المنشورة بشكل دموي المكتسبة في بيئات الرعاية الصحية64،65.
باستخدام نموذج الإنتان الفطري الحالي ، نثبت هنا أن الحماية من عدوى C. albicans القاتلة يمكن تحقيقها عن طريق أي ما قبل التحصين / التطعيم مع C. dubliniensis (avirulent) أو المسوخ الموهنة C. albicans ، مع ما يصاحب ذلك من انخفاض كبير في مراضة الإنتان. يتم التوسط في الحماية من قبل الفطرية Gr-1+ الخلايا القامع المايلويد المشتقة التي يبدو أن المستحثة في نخاع العظام كشكل من أشكال المناعة الفطرية المدربة66،67. وتبذل الجهود لتوسيع نطاق فهم هذا الشكل الجديد من الحماية الفطرية بوساطة المناعة ضد التهابات مجرى الدم C. albicans.
في الختام ، كان جهاز احترار / تقييد القوارض المبتكر مفيدا في تعزيز قدرتنا على إجراء حقن أي دراسات حيوانية متعددة المجموعات على نطاق واسع بطريقة فعالة وفعالة. على هذا النحو ، لقد صاغنا مصطلح ، ماوس دقيقة ، للجهاز. مواصفات الجهاز متاحة من المؤلف المقابلة بناء على طلب لشراء جهاز مماثل. يمكن أن تكون التقنيات التي تم إثباتها هنا بمثابة أداة مفيدة في نماذج القوارض التي تستخدم حقن الوريد الذيل عبر مجموعة واسعة من مجالات البحث.
The authors have nothing to disclose.
وقد دعم هذا العمل مؤسسة LSUHSC (PLF)، وجزؤا من قبل U54 GM104940 من المعهد الوطني للعلوم الطبية العامة التابع للمعاهد الوطنية للصحة، والذي يمول مركز لويزيانا للعلوم السريرية والترجمة.
Candida albicans strain DAY185 | Carnegie Melon University | N/A | provided by the laboratory of Aaron Mitchell |
Candida albicans strain efg1Δ/Δ cph1Δ/Δ | University of Tennessee Health Sciences Center | N/A | provided by the laboratory of Glen Palmer |
Candida dubliniensis strain Wü284 | Trinity College, Dublin, Ireland | N/A | provided by the laboratory of Gary Moran |
Mice | Charles River Laboratories | 551NCICr:SW | Female Swiss Webster; 6-8 weeks old |
Mice | Charles River Laboratories | 556NCIC57BL/6 | Female C57BL/6; 6-8 weeks old |
Needles, 27G, ½-in | Becton Dickinson | 305109 | can be substituted from other vendors |
Phosphate buffered saline (PBS) | GE | SH30028.02 | can be substituted from other vendors |
Rodent warming and restraining device (Mouse a Minute) | LSU Health | custom order | Mouse a Minute is available for custom ordering from LSU Health |
Sabouraud dextrose agar (SDA) | Becton Dickinson | 211584 | can be substituted from other vendors |
Syringes, 1 mL | Becton Dickinson | 309659 | can be substituted from other vendors |
Trypan blue solution | Sigma | T8154 | |
Yeast peptone dextrose (YPD) broth | Fisher Scientific | BP2469 | can be substituted from other vendors |