四重检查板：研究药物组合的三维棋盘的修改

摘要

该协议描述了如何研究在一个实验中四种药物之间可以获得的所有可能的组合。该方法基于标准的96井板微稀释检测和分数抑制浓度（FICs）的计算来评估结果。

摘要

药物组合疗法的概念正变得非常重要，主要是随着对药物的抵抗力的急剧增加。四重棋盘也称为 Q-棋盘，旨在最大限度地增加一个实验中四种药物之间可能获得的组合数量，以最大限度地减少与其他协议实现相同结果所需的时间和工作。此协议基于简单的微稀释技术，其中药物被稀释并组合在几个 96 井板中。

在第一组96井板，穆勒-欣顿汤被添加，其次是第一个所需的药物（如Cefotaxime这里）连续稀释它。第一步完成后，另一组96井板用于稀释第二种药物（例如阿米卡奇），通过去除特定量的药物2进行转移，并在第一组含有药物的96井板中放入相应的井中。第三步是将第三种药物（如利沃弗洛沙辛）的所需浓度添加到包含药物1和2组合的初始组的适当板中。第四步是在第一组中将第四种药物（如三聚丙酮-磺酰硫磺醇）的所需浓度添加到适当的盘子中。然后，将准备和添加 大肠杆菌 ESBL细菌。

此方法对于评估所有可能的组合非常重要，并且具有更广泛的可能性，可进一步进行 体内 测试。尽管是一项需要大量关注的累人技术，但结果非常出色，而且节省了时间，许多组合可以在一个实验中进行测试。

引言

由于过度使用和滥用抗生素^1，2，耐药性增加，开发治疗细菌感染的新药和制剂的必要性变得至关重要。开发新药等新方法对于克服耐药性危机非常重要。然而，制药业对开发新的抗菌剂不感兴趣。此外，如果开发新药，细菌将继续进化和发展对这些新药的耐药性^3，4。因此，耐药性问题将无法解决，因此需要另一种方法，必须考虑和研究，以克服细菌耐药性。

药物组合是治疗细菌感染的一个非常重要的概念，主要是那些由耐多药病原体^5，6引起的。它减少了治疗过程，减少了给予的剂量：因此，降低给定药物的毒性，有助于降低耐药性发展速度，并在某种程度上使细菌对附带敏感性^{5、7、8、9}概念中描述的给定药物敏感。

一种药物的耐药性发展需要单一的突变：然而，针对多种途径的药物组合的耐药性发展需要几个独立的突变，这些突变会因这种组合而减慢。使用联合疗法时抵抗力下降的一个例子是¹⁰号分枝杆菌对里法姆平的抵抗率下降。另一个例子是Gribble等人所做的一项研究，该研究表明，单独服用皮拉西林的患者中耐药菌株的出现率高于服用卡博西霉素和阿米诺糖苷¹⁰组合的患者。研究表明，在进化的细菌中对阿米糖苷的耐药性发展使这些菌株对各种其他药物敏感^。β-乳酸类药物阿莫西林与乳糖酶抑制剂克拉武拉尼酸的结合表明，在治疗耐药细菌菌株⁸方面取得了成功。

减少治疗时间是药物组合产生的一个很好的优势。例如，一种将青霉素或西夫特里亚松与根塔米辛结合2周的疗法，在给予4周¹¹时，将单独给予青霉素或西夫特里亚松相同的疗效。组合药物允许使用剂量较低的药物，这些药物在单独服用时（如子 MIC）无效。硫化物的例子可以给出，其中使用三磺酰平减小，在较低的剂量，产生的毒性是晶体形成或结晶时，使用不溶性磺酰平地全剂量^12。

因此，减少剂量和治疗时间最终将减少药物对身体的毒性。开发评估联合药物相互作用的方法的想法非常重要。在一项研究中，结果表明，联合疗法对治疗抗药性抗性阿 西诺菌 和 P.阿鲁吉诺萨⁸种更为有效。

联合给药
研究药物组合的方法有多种，如棋盘法、消磨曲线法、电子测试法^等。棋盘方法可以在一个实验中研究两种药物之间的所有可能组合。此外，它被开发为研究三种药物的组合^14。现在，我们扩展这一点，以研究四种药物的组合，主要用于治疗耐多药病原体。

时间杀死曲线检测通常用于测试某种药物的杀菌效果。它也被用来测试药物组合的效果，其中几个药物在特定浓度下结合。该协议要求准备几个无菌管或杯子，在每杯中，我们添加汤，药物的组合，和所需的细菌菌株。经过几个时间点的光密度的孵化和记录，结果与用过的菌株的正常增长率进行比较，看增长率是增、减，还是^不变。

电子测试方法通常用于测试最低抑制浓度 （MIC），其中含有有关药物梯度浓度的条状被放在接种板上。它也被用来测试两种药物之间的组合，其中两条条被添加到板垂直的方式相交在他们的MIC^13。

根据文献，没有黄金标准来定义和研究协同作用：因此，很难评估哪种方法用于研究组合更好，哪种方法产生更好、更可靠的结果，主要是^13。然而，时间杀人检测是劳动密集型的，耗时的，昂贵的^15，16，而电子测试方法的开发，以研究两种药物之间的组合只。棋盘可以研究测试的两种药物之间的所有可能组合，这就是为什么这种技术已被选择开发。

研究方案

1. 准备步骤

1. 准备穆勒-欣顿汤（MHB），将25克MH汤加入1升蒸馏水中混合。高压灭菌在121°C为2.5小时。然后，在室温下或冰箱中存储自动切割的介质。
2. 使用四象限条纹法在阿加介质上对有关细菌（大肠杆菌 ESBL）进行亚培养，并在37°C处过夜孵化。
   1. 使用无菌循环，采取一个殖民地，并通过做密切的平行条纹在麦康基阿加板的上半部分传播它。
   2. 使用循环，通过从第一个象限中条纹来传播第二个象限中的细菌。
   3. 从第二个象限，使用紧密的平行条纹延长第三个象限中的条纹。
   4. 通过从第三象限中条纹细菌，在第四象限的中心传播细菌。

2. 面板准备

1. 将四个 96 井板放在一起，形成一个正方形。使用磁带，将底部粘合在一起。
2. 重复此步骤以获取四个面板，每个面板包含 4 个板，并命名为 A1、A2、A3 和 A4。
3. 在四个面板的 16 96 井板中，将 50μL 的 MH 汤添加到第 2 列和第 11 列之间的井中。
4. 在四个面板的 16 96 井板中，将 200 μL 的 MH 汤添加到井 H12 中，作为负控制井。
5. 在四个面板的 16 96 井板中，在井 A1 和 H1 中加入 150 μL 的 MH 汤作为正控制井。

3. 药物 1， 塞福塔西姆， 串行稀释

1. 在圆锥管中，加入 15 毫升无菌 dH₂O。
   1. 按照公式 C₁V 1 = C 2 V₂计算从药物库存溶液中去除的体积。因此，V₁ = （C₂ x 15 mL） / C₁。
      注意：在我们的情况下，Cefotaxime 库存解决方案为 10 5μg/mL，C₂为 256 μg/mL;因此，V 1=38.4μL。
2. 从 15 毫升的无菌 dH₂O 中取出计算的体积，然后添加药物。
3. 除 H12 外，将制备药物溶液的 Pipette 50 μL 放入第 11 列和第 12 列的每口井中。
4. 开始串行稀释，从列 11 中去除 50 μL，并将其放入第 10 列中的相应井中，然后从 10 到到达列 2，其中从列 2 中获取的 50 μL 将被丢弃。
5. 对于四个面板的所有 16 个 96 井板，重复步骤 3.4 和 3.5。

4. 药物 2， 安卡辛， 串行稀释

1. 在圆锥管中，加入 10 毫升无菌 dH₂O。
2. 按照公式 C₁V 1 = C 2 V₂计算从药物库存溶液中去除的体积。因此，V₁ = （C₂ x 10 mL） / C₁。
   注：在我们的情况下，阿米卡辛股票解决方案是10³微克/mL，C₂是64微克/mL;因此，V 1=64μL。
3. 从无菌 dH₂O 的 10 毫升中取出计算的体积，然后添加药物。
4. 取8个独立的96井板。
5. 在每个板中，在 G 行和 B 行之间的井中加入 100 μL 的 MHB。
6. 将先前准备的药物 2 溶液中的 100 μL 添加到 G 排的井中。
7. 从每口井中取出 100 μL，最后从 B 排的井中丢弃 100 μL，从而从 G 排到 B 排进行连续稀释。
8. 重复步骤 4.5、4.6 和 4.7 以准备 8 个板。

5. 将药物2转移到四个面板

1. Pipette 50 μL 的药物 2 从 G 排和 B 行之间的井进入四个面板中每个板中的相应井中。一个准备好的96井板含有100μL的药物2，足以在一个面板中两个板。

6. 药物 3， 利沃弗洛沙辛， 添加

1. 在四个不同的圆锥管中，添加 14 毫升无菌 dH₂O。
2. 按照公式 C₁V 1 = C 2 V₂计算从药物库存溶液中去除的体积。因此，V₁ = （C₂ x 14 mL） / C₁。
   注意：在我们的情况下，利沃弗洛沙辛是准备在四个不同的浓度从股票溶液5 x 10 3μg/mL。
   C₁ = 2 微克/升， V₁ = 5.6 微升
   C₂ = 4 微克/升， V₁ = 11.2 μL
   C₃ = 8 微克/升， V₁ = 22.4 μL
   C₄ = 16 微克/升， V₁ = 44.8 微升
3. 从每个管子的 14 毫升无菌 dH₂O 中取出计算的体积，然后添加药物。
4. 在准备第三种药物所需的浓度后，取 50 μL 并将其添加到 B 行和 G 行之间的相应井中，并在每个面板中 C1 与四个面板中的四个 P1 板相对应的相应板中将第 2 和第 12 列添加到相应的井中，C2 与四个面板中的四个 P2 板相对应C3 与四个面板中的四个 P3 板相对应，C4 对应于四个面板中的四个 P4 板。

7. 药物 4， 特里梅托普林 - 磺酰硫磺酰， 添加

1. 在圆锥管中，加入 14 毫升无菌 dH₂O。
2. 按照公式 C₁V 1 = C 2 V₂计算从药物库存溶液中去除的体积。因此，V₁ = （C₂ x 14 mL） / C₁。
   注意：在我们的情况下，三氯苯丙酮-磺酰二甲酰从48 x 10 3μg/mL的库存溶液中以四种不同的浓度制备。
   C₁ = 512 微克/升， V₁ = 149.33 微升
   C₂ = 1024 微克/升， V₁ = 298.66 μL
   C₃ = 2048 微克/升， V₁ = 597.33 微升
   C₄ = 4096 微克/升， V₁ = 1 194.66 μL
3. 从每个管的 14 毫升无菌 dH₂O 中取出计算的体积，然后添加药物。
4. 在准备第四种药物所需的浓度后，服用 50 μL 并将其添加到 B 行和 G 行之间的相应井中，并在相应面板中的四个板中将第 2 和第 12 列添加到相应的面板中，其中 C1 与面板 1 相对应，C2 对应于面板 2，C3 对应于面板 3，C4 对应于面板 4。

8. 大 肠杆菌大肠杆菌 的制备和添加

1. 使用无菌循环，将以前在盘子上培养的细菌分离 物大肠杆菌 ESBL的一个菌落转移到2mL的无菌MHB和涡流中。
2. 使用密度计检查浑浊度，它应该是0.5麦克法兰。
3. 在无菌尿杯中加入 80 mL 的无菌 MH 汤。
4. 在 C 1_{V 1}= C 2 V₂之后，将 0.5McFarland 接种的细菌接种加入尿杯中，其中 V₁ = （10⁶ x 80 mL） / 10⁸ = 800 μL。
5. 除H12外，每口井的接种液50μL为10⁶ CFU/mL，即无菌控制井。
6. 在 37 °C 的夜间孵化面板。
7. 孵化后，加入50微升的二硝酸二醇，以记录油井的生长。

9. FIC 模板协议（补充文件）

1. 在面板 A 中的黄色细胞中写上药物 1 （Cefotaxime） 的最高浓度。
2. 在面板 B 中的黄色细胞中写上药物 2 （阿米卡辛） 的最高浓度。
3. 在面板 C 中的黄色细胞中写上药物 3 （利沃弗洛沙辛） 的最高浓度。
4. 在面板 D 中写下药物 4 的最高浓度 （三氯苯甲酰磺酰二甲苯甲酰） 。
5. 通过突出显示以红色增长的油井来跟踪红线（增长/无增长界面）。
6. 将药物 1 的 MIC 写在药物 1 （ATB1） 的表中。
7. 将药物 2 的 MIC 写在药物 2 （ATB2） 的表中。
8. 将药物 3 的 MIC 写在药物 3 （ATB3） 的表中。
9. 将药物 4 的 MIC 写在药物 4 （ATB4） 的表中。
10. 计算ATB1的图片
    1. 确定生长/无增长界面上的油井。
    2. 在表 ATB1 中，双击 FIC1 旁边的单元格，并将面板 A 左侧的黄色单元格拖至第一个选定的井。
    3. 重复步骤 9.10.2 对于每个选定的井， 其中井 1 对应于 FIC1， 井 2 对应于 FIC2， 等等。
11. 计算ATB2的传真
    1. 在表 ATB2 中，双击 FIC1 旁边的单元格，并将面板 B 左侧的黄色单元格拖至第一个预选井。
    2. 对于每个预先选定的井重复步骤 9.11.1。
12. 计算ATB3的传真
    1. 在表 ATB3 中，双击 FIC1 旁边的单元格，并将面板 C 左侧的黄色单元格拖至第一个预选井。
    2. 对于每个预先选定的井重复步骤 9.12.1。
13. 计算ATB4的传真
    1. 在表 ATB4 中，双击 FIC1 旁边的单元格，并将面板 D 左侧的黄色单元格拖至第一个预选井。
    2. 对于每个预先选定的井重复步骤 9.13.1。
14. 在标有 ATB1+2+3+4 的表中，自动将每个 ATB 的 FIC1 相和。其他 FIC（FIC2、FIC3 等）也会发生同样的情况。
    1. 在包含 FIC 的单元格中，以黄色突出显示，双击它，然后从表 ATB1+2+3+4 中选择总结的ΣFICs。
15. 代表九个板的九张纸中的每一张重复这些步骤。
    注：在表FIC中，表将显示最终总结的FIC与获得的价值的解释。

10. 使用微分检测对这四种药物进行MIC测定

1. 用每个测试药物的缩写标记四个不同的行。例如，Ctx 用于塞福塔西姆， AMK 用于阿米卡辛， LEVO 用于利沃弗洛沙辛， SXT 用于特里梅托普林 - 磺胺佐尔。
2. 派珀特 200 μL 的无菌穆勒欣顿汤成井 1 号和井号 12 在每个用过的行。12号井将作为负控制井。
3. 派珀特 100 μL 的无菌穆勒欣顿汤到井 2 到 11 在每个用过的行。
4. 使用公式 C₁V 1 = C₂V ₂计算要添加的每种药物的体积。因此，V₁ = （C₂ x 4 x V_2）/ C₁。V₂是井中的最终体积，为 200 μL，C₁是库存溶液的浓度，C₂是我们需要在第一口井中的初始浓度。
   注：此处，我们使用以下内容：
   Cefotaxime： C₁ = 10 5μg/mL，在那里我们稀释到 10⁴ μg/mL，C ₂ = 256μg/mL;因此，V₁₌ 20.48μL
   阿米卡辛： C₁ = 10 3μg/mL， C₂ = 64μg/mL;因此，V₁₌ 51.2μL
   利沃福沙辛： C₁ = 5 x 10 3μg/mL， 在那里我们稀释到 5 x 10^2μg/mL， C₂ = 16μg/mL;因此，V 1=25.6μL
   三甲苯丙酮-硫磺酰硫化物：C₁ = 48 x 10 3μg/mL，C₂ = 4096 微克/升;因此，V₁₌ 68.26μL
5. 从 200 μL 汤中取出相同体积后，在相应行的第一口井中，每种药物所需的体积在添加药物后获得总量为 200 μL。
6. 通过将 100 μL 从井 1 移入井 2 等，然后连续稀释，直到达到 10 井，从井 10 中去除的 100 μL 将被丢弃。请注意，井11作为积极的控制井。
7. Pipette 100 μL 的 10⁶ 种预制细菌接种到每个使用行中的每口井中，但 12 号油井用作负控制。
8. 在37°C的夜间孵化。

结果

图2A 表示通过将塞福塔西姆和阿米卡辛与特定浓度的利沃福沙辛和三氯环己烷-磺胺佐尔结合而获得的结果。我们可以在图的左侧看到图右侧显示药物浓度的四个板。箭头表示增长/无增长界面上的井。彩色油井是包含生长的井。我们注意到，第四板不包含包含组合的象限中的生长。这是因为在这个板块中，我们有利沃弗洛沙辛的MIC，将抑制增长。在这个数字中，我们可以看?...

讨论

四重棋盘方法类似于棋盘和协议中的三维棋盘。但是，应考虑某些关键步骤，以避免在实验过程中出现错误。

在启动协议之前，请务必对每种药物的MIC进行针对测试分离物的测试，以了解使用药物 1 和药物 2 开始稀释所需的浓度，这些浓度需要在盘子中连续稀释。关于药物 3 和药物 4，还应知道 MIC 计算需要测试的浓度（1/8 MIC、1/4 MIC、1/2 MIC 和 MIC）。有很多方法可以确定MIC?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1000 µL tips	Citotest	4330000402
200 µL tips	Citotest	4330-0013-17
50 mL centrifuge tube	corning	430828	For drug 3 and 4 preparation
5 mL polysterene round-bottom Tube	Falcon	352058	For 0.5 MacFarland bacterial inoculum preparation
90mm petri dishes	JRZ Plastilab		As bed for the solutions to be added using the multichannel pipette
96-well plates	corning	3596	For serial diltuion and combining drugs
Bactrim 200, 40 mg (Trimethoprim-sulamethoxazole	By CRNEXI SAS Fontenay-sous-Bois, France	10177403	Drug 4
Ceforane, 1 g (Cefotaxime)	PHARCO Pharmaceuticals	24750/2006	Drug 1
Densitometer
E. Coli ESBL strain	Retreived as a medical strain from the Saint-George Hospital Lebanon		Bacterial strain
Mac Conkey + crystal violet agar	BIO-RAD	64169508	For making agar plates used for subculturing
Miacin 500 mg/2 mL (Amikacin)	HIKMA Pharmaceuticals	2BXMIA56N-AEF	Drug 2
Muller-Hinton Broth	BIO-RAD	69444	For making bacterial media
Multichannel Pipette	Thermo Scientific	GJ54761	For serial dilution and addition of media, bacteria and drugs
Paper Tape
Single Channel pipettes	Thermo Scientific	OH19855 HH40868	For the addition of media, bacteria and drugs
Tavanic, 500 mg (Levofloxacin)	sanofi aventis	221937/2009	Drug 3