Infección del tracto urinario en un modelo Animal pequeño: cateterización transuretral de ratones machos y hembras
Özet
El modelo establecido de cateterización transuretral de ratones permite el estudio de patologías de vejiga, incluyendo infección del tracto urinario, pero puede realizarse solamente en las hembras. Un nuevo modelo de hombre instilación transuretral, presentado aquí, permitirá que la investigación en un área marcada por fuertes diferencias clínicas y epidemiológicas entre los sexos.
Abstract
Infecciones del tracto urinario (ITU) son extremadamente comunes en todo el mundo, incurriendo en gastos asociados de salud y morbilidad significativa. Pequeños modelos animales, que reflejan con precisión la progresión y el establecimiento de la enfermedad, permiten la disección de las interacciones huésped-patógeno y generación de inmunidad a la infección. En ratones, instilación intravesical de uropatógenos Escherichia coli, el agente causal en más del 85% de la comunidad adquirida UTI, recoge muchas de las etapas de la infección observada en los seres humanos. Hasta hace poco, sin embargo, IU podría solamente ser modelada en hembras. Esta limitación ha obstaculizado el estudio de las diferencias relacionadas con el sexo en UTI, así como otras patologías de vejiga, como el cáncer. Aquí, describimos un método para infundir ratones macho que permite la comparación directa entre los animales hembras y machos y proporcionan un protocolo detallado para evaluar el tejido de la vejiga mediante citometría de flujo como un medio para comprender mejor las respuestas del anfitrión a la infección. Juntos, estos enfoques ayudará a la identificación de factores de huésped que contribuyen al sexo sesgos observados en UTI y otras enfermedades asociadas a la vejiga.
Introduction
Infecciones del tracto urinario (ITU) son una de las infecciones más comunes en los países desarrollados1. Las tasas de infección son similares entre las hembras y los machos entre los recién nacidos y los ancianos2. Mujeres premenopáusicas, sin embargo, tienen una mayor incidencia de infección urinaria adquirida en la comunidad, en comparación con los hombres2,3. Dado que esta enfermedad afecta principalmente a mujeres, investigación fundamental y clínica ha centrado abrumadoramente en IU en las mujeres. Sin embargo, la infección urinaria en los hombres es un reto de salud importantes y escasamente4. De hecho, debido a infección urinaria en los hombres se asocian con mayor morbilidad, estas infecciones se definen habitualmente como complicado4,5.
Como nuestra comprensión del papel central de los sesgos de sexo en fisiología y patología evoluciona, nuevos métodos están obligados a explorar este aspecto anteriormente desatendida de la enfermedad. Diferencias de sexo juegan un papel esencial en la inmunidad y la infección; las hembras tienen mayor incidencia de enfermedad autoinmune, mientras que los machos son más susceptibles a ciertas infecciones, como tuberculosis, malaria y VIH6,7. Cáncer de vejiga, otra patología urológica, es significativamente más frecuente en hombres que en mujeres, y varios estudios han demostrado un papel de los andrógenos en el desarrollo de malignidad8,9,10,11 ,12. En particular, sin embargo, investigación de terapias intravesical para el cáncer de vejiga se realiza exclusivamente en hembras, debido a la imposibilidad de cateterizar repetidamente ratones machos13.
El estudio de la patogenia de la infección urinaria se apoya fuertemente en modelos de roedores de la infección (por ejemplo, ratones y ratas). Modelos murinos de infección urinaria pueden emplear patógenos originalmente aislaron de infecciones humanas, tales como uropatógenos Escherichia coli (UPEC), Klebsiella, enterococo, estafilococoo Proteus14. Por lo general, las bacterias se introducen en la vejiga por cateterización de la uretra. Después de la infección, vejiga y riñones pueden ser removida para evaluar parámetros específicos de infección, colonización bacteriana, daño tisular o anfitrión inmunorespuesta15,16. Universalmente, sin embargo, sólo los animales femeninos son utilizados para investigación UTI. De hecho, muchos estudios han señalado que, por razones anatómicas, cateterización de ratones machos no es posible13,17,18,19. Más recientemente, se ha descrito un abordaje quirúrgico a la instilación de macho, en que se abre el abdomen, la vejiga es desplazada externamente aplicando presión suave a la abertura en el abdomen y se inyectan las bacterias en la vejiga20. Este enfoque permite la infección del hombre, a costa de la intervención quirúrgica. Por lo tanto, una advertencia importante de este enfoque incluye la influencia de la inflamación, sobre el resultado de infección, como el potencial de inducir una respuesta antiinflamatoria cicatrizante a la incisión21. Como nuestros intereses incluyen comprensión sesgo sexual en respuesta a la enfermedad, se desarrolló un método de instilación intravesical bacteriana en ratones machos que más se parezca el abordaje transuretral no quirúrgico larga utilizado en roedores hembra22 .
Nuestro modelo se basa en una metodología establecida y ofrece la posibilidad de comparar directamente el anfitrión inmunorespuesta a UTI en animales hembras y machos. Este método permite la disección de diferencias basadas en el sexo en la infección y potencialmente ofrecer pistas moleculares y celulares a las pronunciadas diferencias en la susceptibilidad y respuesta a la infección entre los sexos. Además, este modelo tiene valor más allá de los estudios UTI, permitiendo el establecimiento de modelos para investigar otras enfermedades de vejiga asociados, tales como cáncer de vejiga, prostatitis, semi-activo bajo o sobre el síndrome de vejiga y cistitis intersticial.
Protocol
Representative Results
Discussion
La instilación transuretral de ratones machos ofrece muchas nuevas oportunidades de investigación en la influencia del sexo en la enfermedad de la mucosa vesical, pero también presenta varios desafíos. Primero, una limitación es que la instilación puede inicialmente resultar técnicamente difícil, resultando en inflamación excesiva durante la inserción del catéter. Mejora en la técnica puede lograrse mediante la instilación de ratones muertos con una solución coloreada, como colorante azul de Evans. Para con…
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos al Dr. Matthieu Rousseau lectura crítica del manuscrito y el laboratorio de Inmunobiología dendríticas para sus ideas útiles durante el desarrollo de este protocolo y proyecto. Este trabajo fue apoyado en parte por fondos de la Unión Europea séptimo programa Marie Curie de acción del marco (PCIG11-GA-2012-3221170 y la empresa LabEx inmuno-Oncología (MAI).
Materials
| BD Insyte Autoguard Shielded IV Catheters 24G, 0.7 mm external diameter, 14 mM long | BD Medical | 381811 or 381411* | * catalog number is country-dependent |
| inoculating loop | Greiner Bio-One | 731171 | |
| LB Miller broth | Difco | 244620 | |
| LB Miller agar | Difco | 244520 | |
| Cuvettes | Bio-rad | 223-9955 | |
| syringes | B Braun | 9166017V | |
| Thumb (Adson) forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| 5 mL tubes, polypropylene | Falcon | 352063 | |
| Tissue Ruptor disposable probes | Qiagen | 990890 | |
| 15 mL flip cap tubes | Thermo Scientific | 362694 | |
| DNAse | Invitrogen | 18047019 | |
| Liberase TM | Sigma-Aldrich | 5401119001 | should be aliquotted and stored at -20 °C to avoid repeated freeze-thaw |
| 100 µM MACS SmartStrainers | Miltenyi | 130-098-463 | compatible with 15 mL tubes, preferred |
| 100 µm cell strainers | Falcon | 352360 | compatible with 50 mL tubes, if MACS Smart Strainers are not available |
| 96 well plate | Falcon | 353077 | |
| Fc block | BD Pharmingen | 553142 | anti-CD16/CD32 |
| anti-mouse CD45 antibody | BD Biosciences | 561487 | many different fluorescent conjugation options are available |
| 5 mL tubes polystyrene with filter cap | Falcon | 352235 | |
| insulin syringe | Terumo | BS05M2913 | |
| hand held homogenizer | Qiagen | 9001272 | TissueRuptor |
| flow cytometer | BD Biosciences | N/A | Fortessa SORP |
| Flow cytometry software | BD Biosciences | N/A | Diva |
Referanslar
- Hooton, T. M., Stamm, W. E. Diagnosis and treatment of uncomplicated urinary tract infection. Infect Dis Clin North Am. 11 (3), 551-581 (1997).
- Harper, M., Fowlis, G. Management of urinary tract infections in men. Trends in Urology, Gynaecology & Sexual Health. 12 (1), 30-35 (2007).
- Foxman, B. The epidemiology of urinary tract infection. Nat Rev Urol. 7 (12), 653-660 (2010).
- Lipsky, B. A. Urinary tract infections in men. Epidemiology, pathophysiology, diagnosis, and treatment. Ann Intern Med. 110 (2), 138-150 (1989).
- Conway, L. J., Carter, E. J., Larson, E. L. Risk Factors for Nosocomial Bacteremia Secondary to Urinary Catheter-Associated Bacteriuria: A Systematic Review. Urol Nurs. 35 (4), 191-203 (2015).
- Markle, J. G., Fish, E. N. SeXX matters in immunity. Trends Immunol. 35 (3), 97-104 (2014).
- Yu, C. Y., Whitacre, C. C. Sex, MHC and complement C4 in autoimmune diseases. Trends Immunol. 25 (12), 694-699 (2004).
- Castelao, J. E., et al. Gender- and smoking-related bladder cancer risk. J Natl Cancer Inst. 93 (7), 538-545 (2001).
- Donsky, H., Coyle, S., Scosyrev, E., Messing, E. M. Sex differences in incidence and mortality of bladder and kidney cancers: national estimates from 49 countries. Urol Oncol. 32 (1), 40-e31 (2014).
- Garg, T., et al. Gender Disparities in Hematuria Evaluation and Bladder Cancer Diagnosis: A Population-Based Analysis. J Urol. , (2014).
- Dobruch, J., et al. Gender and Bladder Cancer: A Collaborative Review of Etiology, Biology, and Outcomes. Eur Urol. , (2015).
- Hsu, J. W., et al. Decreased tumorigenesis and mortality from bladder cancer in mice lacking urothelial androgen receptor. Am J Pathol. 182 (5), 1811-1820 (2013).
- El Behi, M., et al. An essential role for decorin in bladder cancer invasiveness. EMBO Mol Med. 5 (12), 1835-1851 (2013).
- Foxman, B. Epidemiology of urinary tract infections: incidence, morbidity, and economic costs. Am J Med. 113, 05S-13S (2002).
- Ingersoll, M. A., Kline, K. A., Nielsen, H. V., Hultgren, S. J. G-CSF induction early in uropathogenic Escherichia coli infection of the urinary tract modulates host immunity. Cell Microbiol. 10 (12), 2568-2578 (2008).
- Mora-Bau, G., et al. Macrophages Subvert Adaptive Immunity to Urinary Tract Infection. PLoS Pathog. 11 (7), e1005044 (2015).
- Oliveira, P. A., et al. Technical Report: Technique of Bladder Catheterization in Female Mice and Rats for Intravesical Instillation in Models of Bladder Cancer. (Conference Title)39th Scand-LAS and ICLAS Joint Meeting. 36, 5-9 (2009).
- Seager, C. M., et al. Intravesical delivery of rapamycin suppresses tumorigenesis in a mouse model of progressive bladder cancer. Cancer Prev Res (Phila). 2 (12), 1008-1014 (2009).
- Hagberg, L., et al. Ascending, unobstructed urinary tract infection in mice caused by pyelonephritogenic Escherichia coli of human origin). Infect Immun. 40 (1), 273-283 (1983).
- Olson, P. D., Hruska, K. A., Hunstad, D. A. Androgens Enhance Male Urinary Tract Infection Severity in a New Model. J Am Soc Nephrol. , (2015).
- Knipper, J. A., et al. Interleukin-4 Receptor alpha Signaling in Myeloid Cells Controls Collagen Fibril Assembly in Skin Repair. Immunity. 43 (4), 803-816 (2015).
- Hung, C. S., Dodson, K. W., Hultgren, S. J. A murine model of urinary tract infection. Nat Protoc. 4 (8), 1230-1243 (2009).
- Wright, K. J., Seed, P. C., Hultgren, S. J. Development of intracellular bacterial communities of uropathogenic Escherichia coli depends on type 1 pili. Cell Microbiol. 9 (9), 2230-2241 (2007).
