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Method Article
Une quantification rapide et efficace de la croissance intracellulaire de M. tuberculosis est cruciale pour poursuivre des thérapies améliorées contre la tuberculose (TB). Ce protocole décrit un test de détection colorimétrique à base de bouillon utilisant un système automatisé de culture liquide pour quantifier la croissance de Mtb dans les macrophages traités avec des thérapies candidates dirigées par l’hôte.
Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l’agent causal de la tuberculose (TB), était la maladie infectieuse la plus meurtrière dans le monde jusqu’à l’avènement de la COVID-19. Le VTT a évolué pour persister dans son environnement intracellulaire, échapper aux défenses de l’hôte et a développé une résistance à de nombreux médicaments antituberculeux. Une approche pour résoudre la résistance consiste à identifier les médicaments approuvés existants qui stimuleront la réponse immunitaire de l’hôte au Mtb. Ces médicaments pourraient ensuite être réutilisés en tant que thérapies d’appoint dirigées par l’hôte (HDT) pour raccourcir la durée du traitement et aider à surmonter la résistance aux antibiotiques.
La quantification de la croissance intracellulaire du Mtb dans les macrophages est un aspect crucial de l’évaluation du potentiel HDT. L’étalon-or pour mesurer la croissance du Mtb est le comptage des unités formant colonie (UFC) sur des plaques de gélose. Il s’agit d’un test lent et laborieux qui ne se prête pas à un dépistage rapide des médicaments. Dans ce protocole, un système de culture automatisé à base de bouillon, qui est plus couramment utilisé pour détecter le Mtb dans les échantillons cliniques, a été adapté pour le dépistage préclinique des thérapies dirigées par l’hôte. La capacité du système d’essai de culture liquide à étudier la croissance intracellulaire du Mtb dans les macrophages traités par HDT a été évaluée. Les HDT testés pour leur capacité à inhiber la croissance de Mtb étaient de l’acide rétinoïque tout-trans (AtRA), à la fois en solution et encapsulé dans des microparticules de poly(acide lactique-co-glycolique) (PLGA) et la combinaison d’interféron-gamma et de linézolide. Les avantages de cette technique automatisée basée sur la culture liquide par rapport à la méthode CFU comprennent la simplicité de configuration, une préparation moins laborieuse et un délai d’obtention des résultats plus rapide (5-12 jours contre 21 jours ou plus pour les plaques de gélose).
Mycobacterium tuberculosis (Mtb), l’agent causal de la tuberculose, était la maladie infectieuse la plus meurtrière dans le monde en 20191. Pour échapper aux défenses de l’hôte, le Mtb subvertit l’activité mycobactéricide des cellules immunitaires innées telles que les macrophages et les cellules dendritiques (DC), ce qui lui permet de persister intracellulaire et de se répliquer2. L’absence d’un vaccin efficace pour prévenir la tuberculose pulmonaire chez l’adulte et l’émergence croissante de souches pharmacorésistantes soulignent le besoin urgent de nouvelles thérapies.
Les thérapies d’appoint dirigées par l’hôte (HDT) pourraient raccourcir la durée du traitement et aider à surmonter la résistance3. L’évaluation préclinique des candidats HDT in vitro pour déterminer l’activité mycobactéricide dans les macrophages repose souvent sur la quantification de la croissance du Mtb par unités formant colonies (UFC) sur des plaques de gélose solide. Il s’agit d’un test lent et laborieux qui ne se prête pas à un dépistage rapide des médicaments. Les systèmes automatisés de détection microbienne à base de bouillon disponibles dans le commerce sont plus couramment utilisés dans les laboratoires de microbiologie clinique pour la détection et les tests de sensibilité aux médicaments du Mtb et d’autres espèces mycobactériennes dans les échantillons cliniques4. Ces instruments mesurent indirectement la croissance en fonction de l’activité métabolique bactérienne entraînant des modifications physiques dans les milieux de culture (modification des niveaux de CO2 ou d’O2 ou de la pression) surveillée au fil du temps5. La lecture est le temps de positivité (TPP), dont il a déjà été démontré qu’il était corrélé avec l’UFC Mtb dans les échantillons d’expectorations de patients tuberculeux en réponse au traitement 6,7 et dans les lysats de poumon murin et de rate8 infectés. En outre, des systèmes de détection par culture liquide ont été utilisés pour mesurer l’effet des thérapies conventionnelles dirigées contre les agents pathogènes sur la croissance des mycobactéries en culture axénique et en culturede macrophages 9,10. L’instrument a également été utilisé pour étudier la capacité innée des cellules dendritiques et des macrophages alvéolaires à contrôler la croissance intracellulaire de Mtb11,12. Ce protocole expérimental démontre qu’un système de diagnostic par culture liquide peut être adapté pour effectuer le dépistage préclinique de la tuberculose HDT dans des macrophages en culture. Par rapport au dénombrement des UFC, le principal avantage de cette technique est qu’elle réduit considérablement le travail expérimental et le temps nécessaire pour quantifier la croissance/survie des mycobactéries intracellulaires. Cette technique repose sur l’accès à un instrument de culture automatisé qui peut être utilisé pour évaluer la survie mycobactérienne intracellulaire dans les cellules immunitaires traitées avec une large gamme de réactifs pharmacologiques ciblant les fonctions cellulaires pour renforcer l’immunité de l’hôte.
Les expériences décrites dans ce protocole ont été réalisées en utilisant la souche H37Ra atténuée de Mtb, qui peut être manipulée dans un laboratoire de niveau de confinement 2. Toutes les manipulations de mycobactéries vivantes ont été effectuées dans une enceinte de sécurité biologique (ESB) de classe II. Des procédures expérimentales ont été conçues pour minimiser la production d’aérosols. Une culture de cellules eucaryotes (cellules THP-1) a également été réalisée dans une ESB de classe II. Le laboratoire a procédé à une évaluation des risques et s’est assuré que toutes les procédures étaient conformes aux réglementations institutionnelles et nationales en matière de sécurité biologique. La lignée cellulaire monocytaire humaine THP-1 a été utilisée pour exécuter la méthode décrite (étape 1). Les cellules sont différenciées en macrophages après stimulation avec du phorbol 12-myristate 13-acétate (PMA) avant l’infection par des mycobactéries.
1. Culture cellulaire
2. Quantification de l’absorption du VTT
3. Prélèvement d’échantillons pour le système de détection de culture liquide
NOTE: Le jour de l’infection, les mycobactéries extracellulaires sont éliminées par lavage, et les mycobactéries intracellulaires sont récoltées par lyse d’un puits de macrophages (échantillon de 3 h) pour déterminer la quantité initiale phagocytée comme contrôle de base de l’infection. Par la suite, le milieu, le lysat cellulaire et les lavages sont combinés pour mesurer la croissance mycobactérienne totale. La croissance extracellulaire et intracellulaire peut également être évaluée séparément si vous le souhaitez.
L’instrument automatisé de culture liquide utilisé dans cette étude surveille les niveaux de CO2 toutes les 10 minutes. Un changement de couleur dans le capteur au fond de la bouteille de l’instrument est mesuré colorimétriquement et exprimé en unités de réflectance. Le logiciel de l’instrument applique ensuite des algorithmes de détection pour calculer le temps jusqu’à la positivité (TTP), c’est-à-dire le nombre de jours entre l’inoculation et le marquage des cultures comme positives (...
Les auteurs ont utilisé la méthode de culture liquide décrite dans ce protocole pour surveiller la croissance de Mtb dans les macrophages dérivés de monocytes et les macrophages alvéolaires et les cellules THP-1 différenciées avec PMA11,16,17. Cette technique peut également être modifiée pour une utilisation avec des cellules non adhérentes12. Plus récemment, l’instrument a également été...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été financé par la Science Foundation Ireland (SFI 08/RFP/BMT1689), le Health Research Board in Ireland [HRA-POR/2012/4 et HRA-POR-2015-1145] et le Royal City of Dublin Hospital Trust.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
IX51 Fluorescent Microscope | Olympus, Japan | N/A | AFB detection and imaging |
2 mL microtube, flat bottom, screw cap, sterile | Sarstedt, North Carolina, USA | 72.694.006 | Mtb infection of macropahges |
5 mL syringe, Luer lock | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | SZR-150-031K | Mtb infection of macropahges/CFU |
50 mL tube, sterile | Sarstedt, North Carolina, USA | 62.547.254 | Mtb infection of macropahges |
all-trans-Retinoic Acid (ATRA) ≥98% (HPLC) | Sigma Aldrich, Missouri, USA | R2625 | Host directed therapy candidate |
BacT/ALERT 3D Microbial Detection System | Biomerieux ( Hampshire, UK) | 247001 | Broth-based colormetric detection system |
BACT/ALERT MP BACT/ALERT MP Nutrient Supplement | Biomerieux ( Hampshire, UK) | 414997 | Broth-based colormetric detection assay |
BACT/ALERT MP culture bottles | Biomerieux ( Hampshire, UK) | 419744 | Broth-based colormetric detection assay |
BD BBL Middlebrook ADC Enrichment, 20 mL | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | M0553 | Mycobacterium liquid culture |
BD BBL Middlebrook OADC Enrichment, 20mL | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | M0678 | Colony Forming Units |
Cell scraper, 25 cm | Sarstedt, North Carolina, USA | 83.1830 | Harvest of lmacrophage lysates |
Corning Syringe Filter, 0.2 µm | Corning Incorporated, Germany | 431219 | Sterilization of lysis buffer |
Cover glass (borosilicate), 24 x 50 mm, #1.5 thickness | VWR International Limited | 631 - 0147 | |
Cycloheximide, from microbial | Sigma Aldrich, Missouri, USA | C7698 | Colony Forming Units |
Dako Fluorescent Mounting Medium | Agilent Technologies Ireland Limited | S3023 | Antifade mounting medium |
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline | Sigma Aldrich, Missouri, USA | D8537 | Mtb infection of macropahges |
Fetal Bovine Serum, Gibco | Thermo Fisher, Massachusetts, USA | 10270106 | Macrophage cell culture |
Glycerol, Difco | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 228220 | Colony Forming Units |
Hoescht 33342 (bisBenzimide H 33342 trihydrochloride) | Sigma Aldrich, Missouri, USA | B2261 | Nuclear stain |
IFNγ, recombinant human | R&D Systems Inc, Minnesota, USA | 285-IF | Host directed therapy candidate |
Labtek 2-well chamber slide, sterile, Nunc | Thermo Fisher, Massachusetts, USA | TKT-210-150R | Mtb infection of macropahges |
L-Asparagine, anhydrous | Sigma Aldrich, Missouri, USA | A4159 | Colony Forming Units |
Linezolid | Sigma Aldrich, Missouri, USA | PZ0014 | Antibiotic |
Microlance Hypodermic Needle 25 G | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 300400 | Mtb infection of macropahges/CFU |
Middlebrook 7H10 Agar Base | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | M0303 | Colony Forming Units |
Middlebrook 7H9 Broth Base | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | M0178 | Mycobacterium liquid culture |
Modified Auramine O Stain and Decolourizer | Scientific Device Laboratory, IL, USA | 345-250 | AFB stain |
Paraformaldehyde | Sigma Aldrich, Missouri, USA | 158127 | Mtb infection of macropahges |
Petri dishes, 92 x 16mm (20/bag) | Sarstedt, North Carolina, USA | 82.1473.001 | Colony Forming Units |
Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Sigma Aldrich, Missouri, USA | P8139 | Macrophage cell culture |
Polysorbate 80, Difco | BD Biosciences, San Jose, CA, USA | 231181 | Mycobacterium liquid culture |
RPMI-1640, Gibco | Thermo Fisher, Massachusetts, USA | 52400025 | Macrophage cell culture |
Sterile Cell Spreader, L-Shaped | Fisherbrand, Thermo Fisher, MA, USA | RB-44103 | Colony Forming Units |
T25 TC flask, angled neck, filter cap, sterile, Nunc | Thermo Fisher, Massachusetts, USA | 156367 | Mycobacterium liquid culture |
THP-1 cell line | ATCC, Virginia, USA | ATCC TIB-202 | Macrophage cell culture |
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