Aqui, apresentamos um método eficaz e eficiente para injeções de veias da cauda de roedores usando um dispositivo de aquecimento/contenção exclusivamente projetado. Ao simplificar o início dos processos de vasodilatação e contenção, este protocolo permite injeções intravenosas precisas e oportunas de grandes grupos de animais com o mínimo de angústia.
Nos modelos de roedores, as injeções de veias traseiras são métodos importantes para a administração intravenosa de agentes experimentais. As injeções da veia traseira normalmente envolvem o aquecimento do animal para promover a vasodilatação, que auxilia tanto na identificação dos vasos sanguíneos quanto no posicionamento da agulha no lúmen do vaso, ao mesmo tempo em que restringe o animal com segurança. Embora as injeções de veias da cauda sejam procedimentos comuns em muitos protocolos e não sejam consideradas altamente técnicas se realizadas corretamente, injeções precisas e consistentes são cruciais para obter resultados reprodutíveis e minimizar a variabilidade. Os métodos convencionais para induzir a vasodilatação antes das injeções da veia da cauda geralmente dependem do uso de uma fonte de calor, como uma lâmpada de calor, almofadas de calor elétrica/recarregáveis ou água pré-aquecida a 37 °C. Apesar de serem facilmente acessíveis em um ambiente laboratorial padrão, essas ferramentas evidentemente sofrem de capacidade termo-regulatória fraca/limitada. Da mesma forma, embora várias formas de dispositivos de contenção estejam disponíveis comercialmente, elas devem ser usadas cuidadosamente para evitar traumas nos animais. Essas limitações dos métodos atuais criam variáveis desnecessárias em experimentos ou resultam em resultados variados entre experimentos e/ou laboratórios.
Neste artigo, demonstramos um protocolo aprimorado usando um dispositivo inovador que combina um dispositivo de aquecimento independente, termicamente regulado, com uma unidade de contenção ajustável em um sistema para injeção eficiente de veias traseiras simplificadas. O exemplo que usamos é um modelo intravenoso de infecção fúngica da corrente sanguínea que resulta em sepse. O aparelho de aquecimento consiste em uma caixa de acrílico reflexiva ao calor instalada com um termostato automático ajustável para manter a temperatura interna em um limiar pré-definido. Da mesma forma, a largura e a altura do aparelho de contenção do cone podem ser ajustadas para acomodar com segurança vários tamanhos de roedores. Com as características avançadas e versáteis do dispositivo, a técnica mostrada aqui pode se tornar uma ferramenta útil em uma gama de áreas de pesquisa envolvendo modelos de roedores que empregam injeções de veias traseiras.
O uso de modelos animais envolvendo roedores tem sido um marco da pesquisa biomédica. Numerosas cepas de raça e raça, bem como linhas geneticamente modificadas, estão disponíveis e rotineiramente utilizadas em laboratórios em todo o mundo. A injeção de veias traseiras é um dos métodos essenciais em modelos de roedores que requerem administração intravenosa (i.v.) de agentes experimentais. Geralmente, as injeções i.v. têm grandes vantagens sobre outras vias de administração, como altas taxas de absorção, contornando tecidos locais e o trato digestivo e alta tolerância a soluções de uma ampla gama de concentrações ou pH não fisiológico1,2,3,4. Entre outras rotas viáveis (por exemplo, veias safenas, sinuso venoso retro-orbital), as veias traseiras são consideradas o vaso sanguíneo mais seguro e facilmente acessível em roedores2,3,5,6. Assim, a injeção de veias traseiras tem sido amplamente utilizada em uma série de modelos de roedores, incluindo modelos de doenças infecciosas7,8,9, transplante de materiais biológicos10,11, avaliação de terapêutica pré-clínica12,13, e análises toxicológicas14,15.
Consistência e precisão da dosagem são um requisito crítico em injeções bem sucedidas da veia traseira. Surpreendentemente, a avaliação quantitativa e qualitativa das injeções de veias da cauda na literatura implica injeções erradas frequentes16,17. Estudo relatou que doze das trinta injeções realizadas por injetores treinados deixaram mais de 10% das doses injetadas dentro da cauda18. Além disso, a segurança e o conforto do animal que recebe injeções de veias da cauda devem ser uma preocupação primária durante o procedimento. A contenção inadequada pode levar a lesões e uma série de patologias relacionadas ao estresse (por exemplo, perda de peso, respostas imunes prejudicadas) que poderiam introduzir variáveis substanciais na qualidade da amostra19,20. Esses erros podem causar maior variabilidade nos dados e baixa reprodutibilidade, afetando negativamente os resultados do estudo.
A indução da dilatação vascular no animal é frequentemente necessária ao realizar injeções de veias traseiras devido ao pequeno diâmetro do vaso, estimado em 300 μm em camundongos21. A vasodilatação aumenta a visibilidade das veias da cauda e auxilia na obtenção de um alinhamento ideal entre agulha e veia dentro do lúmen venoso. Uma variedade de métodos foram relatados por laboratórios, como mergulhar a cauda em água morna22,aplicar calor na cauda usando uma cortina quente, lâmpada ou secador de cabelo23,24, ou colocar o animal em um ambiente quente usando uma almofada de aquecimento, incubadora ou caixa combinada com uma dessas fontes de calor25. Os dispositivos podem ser auto-fabricados para fins específicos ou disponíveis em fornecedores comerciais. No entanto, muitos não possuem capacidades termoreguladoras e, se houver, a temperatura do dispositivo é mal conservada e muitas vezes sujeita a variações na temperatura ambiente. Da mesma forma, o uso de um dispositivo de contenção é necessário para injeções de veias traseiras, pois o uso de anestesia não é recomendado26,27. Vários tipos de dispositivos de contenção específicos ou comerciais específicos de laboratório foram desenvolvidos. Normalmente, o animal é colocado em um tubo conônico descartável de 50 ml4, paredes de plexiglass ranhuted, um túnel ou cone28, todos os quais permitem ampla exposição da cauda enquanto restringe os movimentos do animal. No entanto, a maioria dos contentores tem limitações de tamanho devido à rigidez dos materiais. Além disso, os modernos dispositivos de alta complexidade, apesar dos designs práticos e sofisticados, não parecem ser viáveis para injeções envolvendo grandes grupos de animais22.
Modelos de camundongos de infecção da corrente sanguínea e sepse associada são um exemplo primordial de situações que requerem o uso desta técnica. Entre todas as etiologia microbiana de sepse clínica grave, a sepse fúngica é frequentemente uma condição fatal com taxas de mortalidade de >40% apesar da terapia antifúngica29. De fato, a infecção por Candida albicans foi relatada como a quarta principal causa de infecção por corrente sanguínea adquirida pelo hospital (candidemia)30,31. Na candidíase intra-abdominal, microrganismos no trato gastrointestinal podem se disseminar através da corrente sanguínea e causar sepse polimicrobiana com mortalidade ainda maior32,33,34. Como a maioria dos casos de candidemia nosocomial emerge de cateteres de linha central contaminados ou dispositivos médicos em habitação35,36, i.v. inoculação com C. albicans por injeção de veia de cauda pode espelhar de perto o desenvolvimento de sepse humana e tem sido um método básico em um modelo de camundongo de candidíase hematógenadisseminada 37,38. Neste modelo, a mortalidade que ocorre em dias pode ser estendida ou encurtada ajustando os C. albicans i.v. inoculum39,40,41.
Recentemente, nosso laboratório desenvolveu um protocolo inovador para uma injeção de veia traseira otimizamente simplificada usando um dispositivo inovador equipado com uma unidade de aquecimento termoregulada, emparelhado com uma unidade de contenção ajustável, em um sistema conveniente. Este protocolo permite que os pesquisadores realizem injeções de veias traseiras de forma precisa e oportuna, enquanto os animais podem ser condicionados e contidos com segurança para o procedimento com o mínimo de angústia. As técnicas aqui demonstradas, com o uso do dispositivo avançado de aquecimento e contenção, poderiam servir como uma ferramenta útil em diversas áreas de pesquisa que empregam modelos de roedores.
A dosagem consistente e precisa são requisitos fundamentais para a confiabilidade experimental em modelos animais. Isso é especialmente importante em casos de administração i.v. onde a biodisponibilidade sistêmica de agentes injetados é consideravelmente maior/mais rápida do que com outras rotasadministrativas 3. Assim, erros na injeção da veia traseira podem ter um impacto prejudicial nos resultados do estudo. Historicamente, a injeção intraperitoneal (i.p.), em vez de i.v., tem sido o método mais comum para acesso sistêmico em roedores devido à simplicidade técnica e conveniência. No entanto, as rotas de administração tornam-se mais cruciais ao traduzir leituras pré-clínicas de animais para ambientes clínicos. Portanto, há a necessidade de melhoria contínua nos protocolos de roedores que poderiam facilitar a injeção bem sucedida da veia traseira.
O principal avanço no presente protocolo é o inovador dispositivo de aquecimento termoregulado que permite a indução efetiva da vasodilatação em roedores, o que melhora drasticamente a visibilidade das veias da cauda e do alinhamento da agulha. Métodos de aquecimento que são mal termregulados (por exemplo, lâmpadas), vasodilatadores tópicos ou irritantes de pele (por exemplo, xilenos) não só não são confiáveis, mas também são inseguros para o animal e devem ser evitados44. Ao contrário de outros métodos convencionais, como mergulhar a cauda em água morna, a capacidade de autoregulação deste dispositivo pode condicionar com segurança vários animais simultaneamente. Além disso, este protocolo é reforçado ainda mais usando o dispositivo de contenção idealmente projetado e permitindo uma imobilização rápida e segura do animal em uma posição que melhor exibe a veia traseira lateral.
Os formatos tubais transparentes vistos em muitos contentores atuais, embora praticamente bem desenhados, requerem mais tempo de manuseio com cada animal, prolongando assim o processo de contenção45. Isso pode ser mais problemático em cepas de roedores com traços agressivos que oferecem cooperação limitada46,47. Em contrapartida, a estrutura do cone semi-fechado do dispositivo de contenção permite o posicionamento rápido do animal e auxilia na minimização da duração da contenção. Em conjunto, o protocolo simplificado utilizando o inovador e altamente otimizado sistema de aquecimento/contenção acelera o procedimento de injeção, permitindo uma dosagem rápida e eficaz de grandes grupos de animais. Em nosso laboratório, normalmente completamos todo um procedimento de injeção de 30 camundongos desde o tratamento térmico até o monitoramento pós-injeção dentro de 1h usando este protocolo.
Apesar das características avançadas, este dispositivo tem algumas desvantagens aparentes: o primeiro é o custo do dispositivo e a substituição de lâmpadas de rotina na câmara de aquecimento. No entanto, além da eficiência e velocidade das injeções, o dispositivo é durável para uso repetido e compatível com desinfetantes mais comuns, permitindo uma limpeza completa do dispositivo entre os usos. Juntos, isso compensa o investimentoinicial. Second, em situações com espaço de trabalho limitado, uma desvantagem para este protocolo pode ser a exigência de uma área de banco dedicada grande o suficiente para colocar as duas unidades, lado a lado, durante a execução da injeção. No entanto, como o dispositivo pode ser utilizado amplamente em vários protocolos de roedores envolvendo injeções intravenosas, é possível que o dispositivo possa servir como um instrumento central semelhante a outros equipamentos de vivarium comunitários, como vaporizadores de isoflurane. Independentemente disso, as duas unidades são facilmente portáteis e podem ser empacotadas e armazenadas enquanto não estão em uso.
O modelo de desafio letal i.v. de sepse fúngica murina descrita neste protocolo imita de perto infecções da corrente sanguínea C. albicans em humanos e tem sido amplamente utilizado para estudar virulência fúngica, testar a eficácia de terapias antifúngicas e caracterizar respostas imunes hospedeiras à infecção37,39,48. Para alcançar uma infecção reprodutível, a inoculação intravenosa via injeção de veia traseira é o passo mais vital do protocolo para garantir a entrega precisa dos organismos na corrente sanguínea. Na verdade, os animais respondem de forma muito diferente a diferentes níveis de desafios de Candida i.v.; a administração de quantidades muito baixas de inóculo resultará em recuperações espontâneas indesejadas, enquanto os animais que recebem doses muito altas sucumbirão prematuramente. A janela específica de tamanhos inóculos para um determinado organismo para induzir um nível consistente de sepse/mortalidade depende em grande parte de cepas fúngicas e de camundongos.
O protocolo atual usando camundongos Webster suíços no inóculo de 1 x 105 tipos selvagens C. albicans induziu reproduivelmente o início da morbidade de sepse dentro de 1 dia, seguido pela mortalidade progressiva resultando em 100% de letalidade em 5-7 dias. Em contraste, inocula superior a 1 x 105 normalmente levam a mortes aceleradas (ou seja, 1-2 dias em 1 x 106, 3-4 dias em 5 x 105), e aqueles inferiores a 1 x 105 são sub-letais. Em consonância com inúmeros relatos na literatura, o uso de espécies candida nãoalbicanas no lugar de C. albicans resulta em significativa redução da letalidade40,49. Além disso, a escolha de cepas de camundongos, ou mesmo a origem das colônias, pode ter um impacto considerável nos desfechos de infecção devido a diferentes suscetibilidades entre as cepas de camundongos, conforme relatado por outros39,40,41,50,51,52,53,54,55. Portanto, ambos devem ser levados em consideração ao projetar experimentos.
Após um desafio letal, as células fúngicas se espalham rapidamente pela corrente sanguínea e começam a invadir múltiplos órgãos, entre os quais os mais afetados são os rins41. Outros órgãos afetados são o cérebro, o baço e a medula óssea48,56. Independentemente disso, a sepse aguda é a causa final da morte no início dos pontos37. Como mostrado nos resultados representativos, a gravidade da sepse pode ser avaliada quantitativamente pelo Escore de Avaliação Clínica do Camundongo para Sepse (M-CASS) com base em sinais expostos de condição de sepse em animais desafiados43,57. Entre os vários marcadores substitutos da sepse letal, a hipotermia tem sido sugerida como um preditor crítico para a morte iminente em sepse clínica e experimental43,58,59.
Embora não tenham sido realizados estudos formais para comparar diretamente camundongos de raça e raça neste modelo, os dados obtidos do protocolo atual usando camundongos webster suíços de raça superada são excepcionalmente reprodutíveis em vários parâmetros de sepse, apesar da suposta heterogeneidade genética. Geralmente, um padrão de mortalidade que se enquadra dentro de 3 a 5 dias é um modelo firme de sepse aguda, evidenciado pela rápida elevação na morbidade de sepse e níveis de marcadores inflamatórios dentro de horas do desafio pós-letal50,51. Por mais tempo de sobrevivência (7 a 10 dias), a mortalidade é provavelmente o resultado de uma carga microbiana que leva a danos teciduais letais em órgãos alvo e no sistema nervoso central. A escolha da sepse ou da carga microbiana pode ser aplicada conforme necessário para avaliar funções imunológicas ou respostas a regimes anti-inflamatórios ou terapias/vacinas antifúngicas, conforme determinado pelo inóculo utilizado.
Além do modelo de desafio letal i.v., a infecção intra-abdominal com C. albicans em camundongos através de um desafio i.p. também pode levar à candidíase disseminada e sepse subsequente, embora a co-inoculação com o patógeno bacteriano, Staphylococcus aureus, sinergicamente aumenta a mortalidade em comparação com c. albicans mono-infecção51,60,61. No modelo de desafio letal i.p., inocula microbiana substancialmente maior (1,75 x 107C. albicans/8 x 107S. aureus por camundongo) são necessários para causar peritonite polimicrobiana e disseminação dos organismos da cavidade abdominal para a corrente sanguínea. Da mesma forma, a infecção gastrointestinal com C. albicans em camundongos tratados com agentes imunossupressores e/ou prejudiciais à mucosa leva à translocação das células fúngicas para a corrente sanguínea e resulta em sepse fúngica62,63. Apesar das distintas rotas de inoculação, o mecanismo de sepse fúngica é em grande parte análogo entre os três modelos da doença, envolvendo uma resposta proinflamatória sistêmica descontrolada à Candida que leva à falência de órgãos37,51,61. Da mesma forma, em humanos, é esse processo de resposta do hospedeiro, não apenas a candidemia, que causa a alta morbidade/mortalidade associada à candidíase hematógena difundida adquirida nos estabelecimentos de saúde64,65.
Utilizando o modelo atual de sepse fúngica, demonstramos aqui que a proteção contra a infecção letal de C. albicans pode ser alcançada por i.v. pré-imunização/vacinação com C. dubliniensis (avirulent) ou mutantes atenuados de C. albicans, concomitante com redução significativa na morbidade de sepse. A proteção é mediada por células supressoras inatas Gr-1+ derivadas de mielóides que parecem ter sido induzidas na medula óssea como uma forma de imunidade inata treinada66,67. Esforços estão em andamento para estender a compreensão desta nova forma de proteção imuno-mediada inata contra infecções da corrente sanguínea de C. albicans.
Em conclusão, o inovador dispositivo de aquecimento/contenção de roedores tem sido fundamental para avançar nossa capacidade de realizar injeções i.v. de estudos em vários grupos em animais de forma eficiente e eficaz. Como tal, nós criamos o termo, Mouse a Minute, para o dispositivo. As especificações do dispositivo estão disponíveis no autor correspondente mediante solicitação de aquisição de um dispositivo semelhante. As técnicas aqui demonstradas poderiam servir como uma ferramenta útil em modelos de roedores que empregam injeções de veias traseiras em uma ampla gama de áreas de pesquisa.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pela LSUHSC Foundation (PLF), e em parte pelo U54 GM104940 do Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais dos Institutos Nacionais de Saúde, que financia o Centro de Ciência Clínica e Translacional da Louisiana.
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 |