Burada, benzersiz bir şekilde tasarlanmış bir ısıtma / kısıtlama cihazı kullanarak kemirgen kuyruk damarı enjeksiyonları için etkili ve verimli bir yöntem sunuyoruz. Vazodilasyon ve kısıtlama süreçlerinin başlatılmasını kolaylaştırarak, bu protokol, en az sıkıntıya sahip büyük hayvan gruplarının doğru ve zamanında intravenöz enjeksiyonlarına izin verir.
Kemirgen modellerinde kuyruk damarı enjeksiyonları deneysel ajanların intravenöz yönetimi için önemli yöntemlerdir. Kuyruk damarı enjeksiyonları tipik olarak vazodilasyonu teşvik etmek için hayvanın ısınmasını içerir, bu da hem kan damarlarının tanımlanmasına hem de iğnenin damar lümenine yerleştirilmesine yardımcı olur ve hayvanı güvenli bir şekilde dizginler. Kuyruk damarı enjeksiyonları birçok protokolde yaygın prosedürler olmasına ve doğru yapılması durumunda son derece teknik olarak kabul edilmesine rağmen, doğru ve tutarlı enjeksiyonlar tekrarlanabilir sonuçlar elde etmek ve değişkenliği en aza indirmek için çok önemlidir. Kuyruk damarı enjeksiyonlarından önce vazodilasyonu teşvik etmek için geleneksel yöntemler genellikle ısı lambası, elektrik/şarj edilebilir ısı pedleri veya 37 °C’de önceden ısıtılmış su gibi bir ısı kaynağının kullanılmasına bağlıdır. Standart bir laboratuvar ortamında kolayca erişilebilen bu araçlar açıkça zayıf/sınırlı termo-düzenleyici kapasiteden muzdariptir. Benzer şekilde, çeşitli kısıtlama cihazları ticari olarak mevcut olmasına rağmen, hayvanlara travmayı önlemek için dikkatlice kullanılmalıdır. Mevcut yöntemlerin bu sınırlamaları deneylerde gereksiz değişkenler yaratır veya deneyler ve/veya laboratuvarlar arasında değişen sonuçlarla sonuçlanır.
Bu yazıda, bağımsız, termal olarak düzenlenmiş, ısıtma cihazını ayarlanabilir bir sınırlama ünitesiyle verimli bir şekilde kolaylaştırılmış kuyruk damarı enjeksiyonu için tek bir sistemde birleştiren yenilikçi bir cihaz kullanarak geliştirilmiş bir protokol gösteriyoruz. Kullandığımız örnek, sepsis ile sonuçlanan mantar kan dolaşımı enfeksiyonunun intravenöz bir modelidir. Isınma aparatı, iç sıcaklığı önceden ayarlanmış bir eşikte tutmak için ayarlanabilir otomatik termostat ile monte edilmiş ısı yansıtıcı akrilik bir kutudan oluşur. Aynı şekilde, koni sınırlama cihazının genişliği ve yüksekliği, çeşitli kemirgen boyutlarını güvenli bir şekilde barındıracak şekilde ayarlanabilir. Cihazın gelişmiş ve çok yönlü özellikleri ile burada gösterilen teknik, kuyruk damarı enjeksiyonları kullanan kemirgen modellerini içeren bir dizi araştırma alanında yararlı bir araç haline gelebilir.
Kemirgenleri içeren hayvan modellerinin kullanımı biyomedikal araştırmaların temelini oluşturuyor. Dünya çapındaki laboratuvarlarda çok sayıda inbred ve outbred suşunun yanı sıra genetiği değiştirilmiş çizgiler mevcuttur ve rutin olarak kullanılmaktadır. Kuyruk damarı enjeksiyonu, kemirgen modellerinde deneysel ajanların intravenöz (yani) yönetimini gerektiren temel yöntemlerden biridir. Genel olarak, i.v. enjeksiyonları, yerel dokuları ve sindirim sistemini atlayarak yüksek emiciliği oranları ve çok çeşitli konsantrasyonların veya fizyolojik olmayan pH1,2,3,4çözeltilerine yüksek tolerans gibi diğer uygulama yollarına göre büyük avantajlara sahiptir. Diğer canlı i.v. rotaları (örneğin, saphenous damarlar, retro-orbital venöz sinüs), kuyruk damarları kemirgenlerde en güvenli ve en kolay erişilebilir kan damarı olarak kabul edilir2,3,5,6. Bu nedenle, kuyruk damarı enjeksiyonu, enfeksiyöz hastalık modelleri 7 ,8,9,biyolojik malzemelerin nakli10,11,klinik öncesi terapötiklerin değerlendirilmesi12,13 ve toksikolojik analizler14,15dahil olmak üzere bir dizi kemirgen modelinde yaygın olarak almıştır.
Başarılı kuyruk damarı enjeksiyonlarında dosingin tutarlılığı ve doğruluğu kritik bir gerekliliktir. Şaşırtıcı bir şekilde, literatürde kuyruk damarı enjeksiyonlarının nicel ve nitel değerlendirilmesi sık sık yanlış enjeksiyonları madde16,17. Bir çalışma, eğitimli enjektörler tarafından gerçekleştirilen otuz enjeksiyondan on ikisinin, enjekte edilen dozların% 10’undan fazlasını kuyruk içinde bıraktığını bildirdi18. Ek olarak, kuyruk damarı enjeksiyonları alan hayvanın güvenliği ve konforu işlem sırasında birincil endişe kaynağı olmalıdır. Yanlış kısıtlama yaralanmalara ve numune kalitesinde önemli değişkenler getirebilecek strese bağlı bir dizi patolojiye (örneğin, kilo kaybı, bağışıklık tepkilerinde bozulma) yol açabilir19,20. Bu hatalar verilerde değişkenliğin artmasına ve tekrarlanabilirliğin zayıflığına neden olabilir, böylece çalışma sonuçlarını olumsuz yönde etkiler.
Hayvanda damar genişlemesinin indüksiyonu, farelerde 300 μm olduğu tahmin edilen damarın küçük çapı nedeniyle kuyruk damarı enjeksiyonları yapılırken genellikle gereklidir21. Vazodilasyon kuyruk damarlarının görünürlüğünü arttırır ve venöz lümen içinde optimum iğne damarı hizalamasının sağlanmasına yardımcı olur. Kuyruğu ılık suya batırmak22,ılık bir örtü, lamba veya saç kurutma makinesi23 , 24kullanarak kuyruğa ısı uygulamak veya hayvanı bu ısı kaynaklarından biriyle birlikte bir ısıtma yastığı, inkübatör veya kutu kullanarak sıcak bir ortama yerleştirmek gibi çeşitli yöntemler laboratuvarlar tarafından bildirilmiştir25. Cihazlar belirli amaçlar için kendi kendine yapılabilir veya ticari tedarikçilerden temin edilebilir. Bununla birlikte, birçoğu thermoregulatory yeteneklerinden yoksundur ve varsa, cihaz sıcaklığı zayıf bir şekilde korunur ve genellikle oda sıcaklığındaki değişikliklere maruz kalır. Benzer şekilde, anestezi kullanımı önerilmediği için kuyruk damarı enjeksiyonları için bir kısıtlama cihazının kullanılması gereklidir26,27. Laboratuvara özgü veya ticari kısıtlama cihazlarının çeşitli türleri geliştirilmiştir. Tipik olarak, hayvan tek kullanımlık 50 ml konik tüp4, oluklu pleksiglas duvarlara, bir tünele veya koni28‘e yerleştirilir , bunların hepsi hayvanın hareketlerini kısıtlarken kuyruğun bol miktarda maruz kalmasına izin verir. Bununla birlikte, çoğu kısıtlayıcı, malzemelerin sertliği nedeniyle boyut sınırlamalarına sahiptir. Ayrıca, modern yüksek karmaşıklıklı cihazlar, pratik ve sofistike tasarımlara rağmen, büyük hayvan gruplarını içeren enjeksiyonlar için mümkün görünmüyor22.
Kan dolaşımı enfeksiyonu ve ilişkili sepsis fare modelleri, bu tekniğin kullanılmasını gerektiren durumların en önemli örneğidir. Şiddetli klinik sepsisin tüm mikrobiyal etiyolojisi arasında, mantar sepsis genellikle antifungal tedaviye rağmen% >40 ölüm oranları ile ölümcül bir durumdur29. Aslında, Candida albicans enfeksiyonu, hastane tarafından edinilen kan dolaşımı enfeksiyonunun dördüncü önde gelen nedeni olarak bildirilmiştir (kandidiyemi)30,31. Karın içi kandidiyaziste, gastrointestinal sistemdeki mikroorganizmalar kan dolaşımı yoluyla yayılabilir ve daha da büyük mortalite ile polimikrobiyal sepsise neden olabilir32,33,34. Nozokomi vakalarının çoğu kontamine merkezi hat kateterlerinden veya indwelling tıbbi cihazlardan ortaya çıktığı için35,36,yani kuyruk damarı enjeksiyonu ile C. albicans ile aşılama insan sepsis gelişimini yakından yansıtabilir ve hematojen olarak yayılan kandidiyazis37,38’infare modelinde temel bir yöntem olmuştur. Bu modelde, günler içinde ortaya çıkan mortalite, C. albicans yani inoculum39,40,41ayarlanarak uzatılabilir veya kısaltılabilir.
Son zamanlarda laboratuvarımız, ayarlanabilir bir kısıtlama ünitesi ile eşleştirilmiş, uygun bir sistemde, temoregüle edilmiş bir ısıtma ünitesi ile donatılmış yenilikçi bir cihaz kullanarak en uygun şekilde kolaylaştırılmış kuyruk damarı enjeksiyonu için yenilikçi bir protokol geliştirmiştir. Bu protokol, araştırmacıların kuyruk damarı enjeksiyonlarını doğru ve zamanında yapmalarına izin verirken, hayvanlar prosedür için en az sıkıntıyla güvenli bir şekilde koşullandırılabilir ve kısıtlanabilir. Burada gösterilen teknikler, gelişmiş ısıtma ve kısıtlama cihazının kullanımıyla, kemirgen modellerini kullanan çeşitli araştırma alanlarında yararlı bir araç olarak hizmet edebilir.
Tutarlı ve doğru dosing, hayvan modellerinde deneysel güvenilirlik için temel gereksinimlerdir. Bu, enjekte edilen ajanların sistemik biyoyararlanımının diğer yönetim yollarına göre önemli ölçüde daha yüksek / daha hızlı olduğu i.v. yönetimi durumlarında özellikle önemlidir3. Bu nedenle, kuyruk damarı enjeksiyonundaki hatalar çalışma sonuçları üzerinde zararlı bir etkiye sahip olabilir. Tarihsel olarak, i.v. yerine intraperitoneal (i.p.) enjeksiyonu, teknik basitlik ve kolaylık nedeniyle kemirgenlerde sistemik erişim için en yaygın yöntem olmuştur. Bununla birlikte, hayvanlardan klinik ortamlara preklinik okumaları çevirirken yönetim yolları daha önemli hale gelir. Bu nedenle, başarılı kuyruk damarı enjeksiyonu kolaylaştırabilecek kemirgen protokollerinde sürekli iyileştirmeye ihtiyaç vardır.
Mevcut protokoldeki temel ilerleme, kemirgenlerde vazodilasyonun etkili bir şekilde indüksiyonunu sağlayan ve kuyruk damarlarının ve iğne hizalamasının görünürlüğünü önemli ölçüde artıran yenilikçi teergüle edilmiş ısıtma cihazıdır. Kötü şekilde terrigüle edilmiş ısıtma yöntemleri (örneğin, lambalar), topikal vazodilatörler veya cilt tahriş edicileri (örneğin, ksilenler) sadece güvenilmez değildir, aynı zamanda hayvan için de güvenli değildir ve kaçınılmalıdır44. Kuyruğu ılık suya batırmak gibi diğer geleneksel yöntemlerin aksine, bu cihazın otomatikgülasyon yeteneği aynı anda birden fazla hayvanı güvenli bir şekilde koşullayabilir. Ek olarak, bu protokol en uygun şekilde tasarlanmış kısıtlama cihazı kullanılarak ve hayvanın yanal kuyruk damarını en iyi şekilde görüntüleyen bir pozisyonda hızlı ve güvenli hareketsiz hale getirilmesine izin vererek daha da güçlendirilir.
Birçok mevcut kısıtlayıcıda görülen şeffaf tubal formatlar, pratik olarak iyi tasarlanmış olsa da, her hayvanla daha fazla kullanım süresi gerektirir, böylece kısıtlama işlemi45. Bu, sınırlı işbirliği sunan agresif özelliklere sahip kemirgen suşlarında daha sorunlu olabilir46,47. Buna karşılık, kısıtlama cihazının yarı kapalı koni yapısı, hayvanın hızlı bir şekilde konumlandırılmasına izin eder ve kısıtlama süresini en aza indirmeye yardımcı olur. Birlikte, yenilikçi, son derece optimize edilmiş ısıtma/kısıtlama sistemini kullanan kolaylaştırılmış protokol enjeksiyon prosedürünü hızlandırarak büyük hayvan gruplarının hızlı ve etkili bir şekilde dolanmasını sağlar. Laboratuvarımızda, genellikle bu protokolü kullanarak 1 saat içinde ısı tedavisinden enjeksiyon sonrası izlemeye kadar 30 farenin tüm enjeksiyon prosedürünü tamamlıyoruz.
Gelişmiş özelliklere rağmen, bu cihazın bazı belirgin dezavantajları vardır: birincisi cihazın maliyeti ve ısınma odasında rutin ampul değişimidir. Bununla birlikte, enjeksiyonların verimliliğine ve hızına ek olarak, cihaz tekrarlanan kullanım için dayanıklıdır ve en yaygın dezenfektanlarla uyumludur ve cihazın kullanımlar arasında kapsamlı bir şekilde temizlenmesine izin eder. Birlikte, bu ilk yatırımıdengeler. Second, sınırlı çalışma alanı olan durumlarda, bu protokole bir dezavantaj, enjeksiyonu gerçekleştirirken iki birimi yan yana yerleştirilecek kadar büyük bir tezgah alanı için gereklilik olabilir. Bununla birlikte, cihaz, i.v. enjeksiyonlarını içeren birkaç kemirgen protokolünde yaygın olarak kullanılabildiğinden, cihazın izofluran buharlaştırıcılar gibi diğer ortak vivarium ekipmanlarına benzer bir çekirdek cihaz olarak hizmet etmesi mümkündür. Ne olursa olsun, iki ünite kolayca taşınabilir ve kullanılmadığı halde paketlenebilir ve yerle bir edilebilir.
Bu protokolde açıklanan murine mantar sepsisinin i.v. ölümcül meydan okuma modeli, insanlarda C. albicans kan dolaşımı enfeksiyonlarını yakından taklit eder ve mantar virülansını incelemek, antifungal tedavilerin etkinliğini test etmek ve enfeksiyona konak immün yanıtları karakterize etmek için yaygın olarak kullanılmıştır37,39,48. Tekrarlanabilir bir enfeksiyon elde etmek için, yani kuyruk damarı enjeksiyonu yoluyla aşılama, organizmaların kan dolaşımına doğru bir şekilde teslimini sağlamak için protokolün en hayati adımıdır. Aslında, hayvanlar Candida yani zorlukların değişen seviyelerine çok farklı yanıt verirler; çok düşük miktarlarda inoculum verilmesi istenmeyen spontan iyileşmelere neden olurken, çok yüksek doz alan hayvanlar erken yenik düşer. Belirli bir organizmanın tutarlı bir sepsis/mortalite seviyesine neden olmak için spesifik inoculum boyutları penceresi büyük ölçüde hem mantar suşlarına hem de fare suşlarına bağlıdır.
1 x 105 vahşi tip C. albicans inoculum’da İsviçre Webster farelerini kullanan mevcut protokol, 1 gün içinde sepsis morbiditesinin başlangıcını tekrar tekrar indükler, ardından 5-7 gün% 100 öldürücülükle sonuçlanan progresif mortalite. Buna karşılık, 1 x 105’ten yüksek inocula tipik olarak hızlandırılmış ölümlere yol açar (yani, 1 x 10’da 1-2 gün6, 5 x 105’te 3-4gün ) ve 1 x 105’ten düşük olanlar alt öldürücüdür. Literatürdeki çok sayıda rapor doğrultusunda, C. albicans yerine albicans olmayan Candida türlerinin kullanımı önemli ölçüde azalmış ölümcüllük ile sonuçlanır40,49. Ek olarak, fare suşlarının seçimi, hatta kolonilerin kökeni, diğerleri tarafından bildirildiği gibi, fare suşları arasındaki değişen duyarlılıklar nedeniyle enfeksiyon sonuçları üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir39,40,41,50,51,52,53,54,55. Bu nedenle, deneyler tasarlanırken her ikisi de dikkate alınmalıdır.
Ölümcül bir i.v. meydan okumasının ardından, mantar hücreleri kan dolaşımına hızla yayılır ve en çok etkilenen böbrekler41olan birden fazla organı istila etmeye başlar. Etkilenen diğer organlar beyin, dalak ve kemik iliği48,56. Ne olursa olsun, akut sepsis erken zaman noktalarında nihai ölüm nedenidir37. Temsili sonuçlarda gösterildiği gibi, sepsis şiddeti, meydan okuyan hayvanlarda sepsis durumunun sergilenen belirtilerine dayanarak Sepsis için Fare Klinik Değerlendirme Puanı (M-CASS) ile nicel olarak değerlendirilebilir43,57. Ölümcül sepsisin çeşitli taşıyıcı belirteçleri arasında, hipotermi hem klinik hem de deneysel sepsis43,58,59’da yakın ölüm için kritik bir tahmin edici olarak önerilmiştir.
Bu modelde, bu modeldeki doğuştan gelen farelere karşı doğrudan karşılaştırmak için resmi bir çalışma yapılmamış olsa da, yetiştirilmiş İsviçre Webster fareleri kullanılarak mevcut protokolden elde edilen veriler, tahmin edilen genetik heterojenliğe rağmen, çeşitli sepsis parametrelerinde son derece tekrarlanabilir. Genel olarak, 3-5 gün içinde düşen bir mortalite modeli, sepsis morbiditesinde hızlı yükselme ve ölümcül meydan okumadan sonraki saatler içinde enflamatuar belirteçlerin seviyeleri ile kanıtlanan sağlam bir akut sepsis modelidir50,51. Daha uzun sağkalım süreleri (7-10 gün) için mortalite, muhtemelen hedef organlarda ve merkezi sinir sisteminde ölümcül doku hasarına yol açan mikrobiyal yükün sonucudur. Sepsis veya mikrobiyal yük seçimi, kullanılan inoculum tarafından belirlenen bağışıklık fonksiyonlarının veya antienflamatuar rejimlere veya antifungal tedavilere/aşılara verilen yanıtların değerlendirilmesi için gerektiği şekilde uygulanabilir.
İ.v. ölümcül meydan okuma modeline ek olarak, farelerde C. albicans ile bir i.p. meydan okuma yoluyla karın içi enfeksiyon da yaygın kandidiyazis ve sonraki sepsis yol açabilir, ancak bakteriyel patojen Staphylococcus aureus ile ortak aşılama, sinerjik olarak C. albicans mono-enfeksiyonu51,60,61ile karşılaştırıldığında mortaliteyi arttırır. I.p. ölümcül meydan okuma modelinde, polimikrobiyal peritonitlere ve organizmalarınkarın boşluğundan kan dolaşımına yayılmasına neden olmak için önemli ölçüde daha yüksek mikrobiyal inocula (fare başına1.75x 10 7C. albicans/8 x 10 7S. aureus) gereklidir. Benzer şekilde, bağışıklık sistemini baskılayıcı ve/veya mukozaya zarar veren ajanlarla tedavi edilen farelerde C. albicans ile gastrointestinal enfeksiyon mantar hücrelerinin kan dolaşımına geçişine yol açar ve mantar sepsis62,63ile sonuçlanır. Ayırt edici aşılama yollarına rağmen, mantar sepsisini verme mekanizması, organ yetmezliğine yol açan Candida’ya kontrolsüz sistemik proinflamatuar bir yanıt içeren üç hastalık modeli arasında büyük ölçüde benzerdir37,51,61. Benzer şekilde, insanlarda, sadece kandidiyemi değil, konakçı yanıtının bu sürecidir, sağlık hizmetleri ayarlarında edinilen hematojen olarak yayılan kandidiyazis ile ilişkili yüksek morbidite / mortaliteye neden olur64,65.
Mevcut mantar sepsis modelini kullanarak, burada ölümcül C. albicans enfeksiyonuna karşı korumanın, sepsis morbiditesinde önemli bir azalma ile birlikte C. dubliniensis (avirulent) veya zayıflatılmış C. albicans mutantları ile aşılanma / aşılama ile elde edilebileceğini gösteriyoruz. Koruma, kemik iliğinde eğitilmiş doğuştan gelen bağışıklık formu olarak indüklenmiş gibi görünen doğuştan gelen Gr-1+ miyeloid türevi baskılayıcı hücreler tarafından aracılık edilir66,67. C. albicans kan dolaşımı enfeksiyonlarına karşı doğuştan gelen bu bağışıklık aracılı koruma biçiminin anlaşılmasını genişletme çabaları devam etmektedir.
Sonuç olarak, yenilikçi kemirgen ısıtma / kısıtlama cihazı, büyük ölçekli çok gruplu hayvan çalışmalarının i.v. enjeksiyonlarını verimli ve etkili bir şekilde gerçekleştirme yeteneğimizi ilerletmemizde etkili olmuştur. Bu nedenle, cihaz için Mouse a Minute terimini icat ettik. Cihaz özellikleri, benzer bir cihazın satın alınması talebi üzerine ilgili yazardan temin edilebilir. Burada gösterilen teknikler, çok çeşitli araştırma alanlarında kuyruk damarı enjeksiyonları kullanan kemirgen modellerinde yararlı bir araç olarak hizmet edebilir.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma LSUHSC Vakfı (PLF) ve kısmen Louisiana Klinik ve Çeviri Bilim Merkezi’ni finanse eden Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü’nden U54 GM104940 tarafından desteklendi.
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 |