A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
פרוטוקול זה מתאר את השיטות המומלצות להעברת עכברים ללא חיידקים למבודדים ניסיוניים בכלוב יחיד (איזוקאז'ים) תוך שמירה על תנאים סטריליים. נדונות שיטות להשתלת צואה בעכברים נטולי חיידקים ואיסוף חיידקים ברי קיימא מעכברים "אנושיים" אלה ליישומים נוספים.
עכברים נטולי חיידקים הם כלי מחקר חשוב להבנת תרומתם של מיקרואורגניזמים לבריאות המארח ולמחלות, המאפשר הערכה של התפקיד הספציפי של פרטים, קבוצות מוגדרות או מורכבות של מיקרואורגניזמים בתגובת המארח. גידול עכברים ללא חיידקים ומניפולציה ניסיונית הם יקרים ודורשים צוות מיומן רב וטביעת רגל גדולה במתקני דיור לבעלי חיים. מערכת הכלוב IsoPositive מאפשרת מניפולציה ניסיונית של עכברים נטולי חיידקים בכלובי מבודדים בודדים, אטומים הרמטית, בלחץ חיובי (איזוקאז'ים), מה שמפחית את העלות ומאפשר גמישות רבה יותר במניפולציות ניסיוניות.
כאן, מתואר פרוטוקול להעברת עכברים נטולי חיידקים ממבודדי רבייה לאיזוקאז'ים והעברת צואה לאחר מכן מצואה מתורם אנושי לעכברים כדי ליצור עכברים יציבים לטווח ארוך "אנושיים" במעיים למחקרים עתידיים. מתוארים החומרים וההכנות הדרושים לניצול מערכת האיזוקאז', כולל שימוש בחומר מעקר כימי מעקר כלור-דו חמצני לניקוי כלובים, אספקה, ציוד וציוד מגן אישי. נדונות השיטות לאישור הסטטוס נטול החיידקים של עכברים שהועברו וכיצד לקבוע זיהום במערכת הכלוב. נוהל הגידול, כולל מצעים, מזון ואספקת מים, נדון בהמשך. מתוארים הפרוטוקול להכנת תמיסת צואה אנושית והכנסה לעכברים נטולי חיידקים ליצירת עכברים "אנושיים" במעיים, יחד עם איסוף צואה לניטור הרכב הקהילה המיקרוביאלית של עכברים אלה. ניסוי ממחיש כי שבועיים לאחר השתלת צואה אנושית מאפשרת קולוניזציה יציבה של המיקרוביוטה של התורם במארחי העכברים, מה שמאפשר שימוש ניסיוני לאחר מכן. יתר על כן, מתואר איסוף צואת עכברים אנושית באמצעי שימור כדאיות, המאפשר שימוש בניסויים פונקציונליים נוספים. בסך הכל, שיטות אלו מאפשרות הקמה בטוחה ויעילה של קהילות עכברים אנושיות בכלובי גנוטוביוטיקה ניסיוניים למניפולציה נוספת.
עכברים נטולי חיידקים הם כלי חיוני ברפרטואר של חוקרי המיקרוביום, המאפשר לנתח את תרומת המיקרוביוטה במצבי בריאות ומחלות של המארח. עכברים נטולי חיידקים נולדים סטריליים לחלוטין ונשארים אקסניים במשך כל חייהם1. קולוניזציה של עכברים נטולי חיידקים עם זני חיידקים ספציפיים מאפשרת מחקרים סיבתיים בין טקסונים אלה לבין תפקודים מטבוליים, חיסוניים או פונקציות מארח אחרות 2,3,4,5. יתרון מיוחד הוא היכולת "להאניש" עכברים נטולי חיידקים ברמת המיקרוביוטה על ידי השתלת צואה המתקבלת מתורמים אנושיים, וכאשר הם שוכנים בתנאי מחסום, למנוע זיהום ממיקרואורגניזמים שמקורם במורין. גישה זו אפשרה תגליות חשובות רבות בתחום המיקרוביום, למשל, השפעת המיקרוביום של המעי האנושי על התגובה האימונותרפית לסרטן 6,7,8.
עם זאת, בעוד שעכברים אנושיים ללא חיידקים הם בעלי ערך רב למאמצי המחקר בתחום המיקרוביום, ישנן מגבלות רבות שעיכבו את ההסתגלות הרחבה יותר של גישה זו. עכברים נטולי חיידקים מגודלים ומתוחזקים במבודדים גדולים קשיחים למחצה או גמישים, אך ניסויים פונקציונליים דורשים התקנה של מיני מבודדים נפרדים, כאשר מיני מבודד אחד מכיל מספר כלובים אך רק בתנאי ניסוי אחד. גישת מיני-מבודד זו מגדילה את טביעת הרגל והעלות של החלל תוך הגבלה חמורה של מספר תנאי הניסוי שניתן לחקור בניסוי ומספר הניסויים שניתן להריץ במקביל. פתרון מבטיח הוא שימוש במערכת כלוב אינדיבידואלית ומודולרית הנקראת ISOcage P Bioexclusion System (המכונה כאן מערכת איזוקאז')9,10. מערכת האיזוקאז' מאפשרת מניפולציה ניסיונית של עכברים נטולי חיידקים בכלובי מבודדים בודדים, אטומים הרמטית, בלחץ חיובי, ומאפשרת תנאי ניסוי נפרדים בין כל כלוב ולא בין כל מיני מבודד. עם הטכניקה האספטית המתאימה, ניתן לשכן בעלי חיים באיזוקאז'ים עד 12 שבועות בתנאים נטולי חיידקים או להאניש על ידי השתלת צואה אנושית לשימוש בכל גישה ניסויית תואמת (כלומר, ניתן לבצע בתנאים אספטיים). ניתן להריץ מספר ניסויים עצמאיים במקביל באמצעות מערכת האיזוקאז', וטביעת הרגל והעלות של החלל נמוכות באופן דרמטי מהפעלת ניסויים מרובים על פני מיני-מבודדים.
מטרת גידול עכברים נטולי חיידקים במבודדי גידול סרטים גמישים היא לשמר בזהירות את הסטטוס האקסני11. טכניקות המשמשות לניטור מצב נקי מחיידקים כוללות ספוגיות שגרתיות של משטחי גוף עכברים וחללי הפה, כמו גם איסוף אספטי של דגימות צואה, שגם מתורבות וגם נבדקות על ידי בדיקות מסחריות מבוססות PCR. בדיקות חיידקיות, סרולוגיות ופטרייתיות של דגימות אלה נדרשות כולן כדי לקבוע מצב נקי מחיידקים11. כאשר עכברים נטולי חיידקים מועברים ממבודדי רבייה לאיזוקאז'ים לשימוש ניסיוני, העכברים נלקחים ונבדקים כדי לאמת את מצבם ללא חיידקים בעת ההעברה. בדיקות סטריליות איזוקאז' מבוצעות באמצעות איסוף אספטי של דגימות צואה, אשר לאחר מכן מתורבות לאיתור מזהמים חיידקיים, נגיפיים ופטרייתיים. איסוף ורישום קפדני של תוצאות בדיקות הסטריליות הללו מלידה ועד סוף פרוטוקול ניסוי הכרחי כדי לאמת את הסטטוס נטול החיידקים של עכברים אלה.
מערכת האיזוקאז' מורכבת מכלובים בודדים (איור 1), דיסקיות העברה להובלה ממבודדי רבייה (איור 1), ומתלה איזוקאז', שמאכלס את הכלובים (איור 2). כל איזוקאז' מכיל מסנן חלקיקי אוויר עם נצילות גבוהה (HEPA) ברמת הכלוב המותקן על כניסת אוויר האספקה ואטם סיליקון היוצר אטימה אטומה כאשר הוא סגור, ומבטיח שלא יוכלו מזהמים להיכנס לכלוב דרך האוויר (איור 1A). מכסה כלוב זה יכול לשמש כמשטח עבודה סטרילי כאשר הוא מונח הפוך בתוך ארון בטיחות ביולוגית מעוקר (איור 1A). מתלה בתוך הכלוב מכיל את בקבוק המזון והמים (איור 1B). מלקחיים שעברו חיטוי בתוך הכלוב משמשים לכל המניפולציות הדורשות מגע עם משטחי כלוב פנימיים. לכלוב עצמו יש חריצים עבור מחזיק כרטיס כלוב נשלף לזיהוי בעלי חיים מבחוץ וחרירי יניקת אוויר וייצוא העוגנים לתוך מתלה האיזוקאז' (איור 1C-E). סגירה בטוחה clamps ומנעול לשונית על המכסה אוטמים את הכלוב כאשר הוא מוכן לעגינה מחדש על מערכת המתלים (איור 1F). המצע המוצע הוא אלפא-דרי, ומומלץ גם בקתת העשרה ניתנת לחיטוי (איור 1F). דיסקי העברה משמשים להעברת עכברים נטולי חיידקים ממבודדי רבייה לאיזוקאז'ים, והם מכילים מכסה תא מסתובב עם פתח משולש כדי לאפשר מניפולציה של חיות (איור 1G-H). הדיסקים מגיעים בגדלים קטנים (קוטר 21.6 ס"מ) וגדולים (קוטר 28 ס"מ), שניהם בעלי קיבולת של שמונה עכברים. סרט חיטוי משמש ליצירת אטמים אטומים על ההיקף וחורי האוויר של הדיסק, אשר מבוצעים לפני השרייה בחומר סטרילנטי והובלה בשקית ספוגה בסטרילנט (איור 1I). למערכת ארון התקשורת עצמה יש מסך לניטור מפוחי האוויר, מצב מסנן HEPA ברמת ארון התקשורת וכוח סוללת חירום עבור ארון התקשורת, שהם כולם מאפיינים כלולים של המערכת (איור 2A). מד Magnehelic סגור מציג את הלחץ החיובי שנשמר על ידי מערכת הכלובים, ומחוון עגינה חזותי אוטומטי מראה את מצב העגינה של הכלובים (לשונית צהובה החוצה פירושה שאין כלוב מעוגן, או שהרציף לא הצליח) (איור 2B-D). כמו כן, הכרחי למניפולציה של איזוקאז'ים הוא ארון בטיחות ביולוגית מוסמך סטנדרטי.
הפרוטוקול המוצג כאן מתאר את השיטות המתאימות להעברה מוצלחת של עכברים נטולי חיידקים ממבודדי רבייה בתנאים אספטיים לאיזוקאז'ים תוך שמירה על סטטוס נקי מחיידקים, האנשה של עכברים נטולי חיידקים עם תרחיץ צואה מתורם אנושי, ואיסוף צואה מעכברים השוכנים באיזוקאז' לאישור מצב נקי מחיידקים או שימור כדאיות למחקרים פונקציונליים נוספים. בדוגמה זו, עכברים נטולי חיידקים עוברים האנשה עם דגימות צואה מאוגדות מנבדקים אנושיים שטופלו באימונותרפיה לסרטן ריאות ודיכוטומיים כמגיבים או לא מגיבים לטיפול. במקרה זה, פנוטיפ התגובה לתגובה האימונותרפית הועבר על ידי האנשה של מיקרוביוטת המעיים לעכברים המקבלים, שלאחר מכן ניתן היה לחסן אותם עוד בתאי גידול ולטפל בהם באימונותרפיה. ניתן להתאים בקלות את פרוטוקול התרחיץ הצואתי האנושי לכל צואה של תורם אנושי או לכל מודל פרה-קליני של מחלה שהחוקר רוצה. באמצעות פרוטוקול זה, ניתן להעביר כל מיקרוביוטה של תורם צואה אנושי למארח נטול חיידקים, מה שמאפשר חקירה נוספת של תפקיד המיקרוביוטה בבריאות ובמחלות.
איור 1: דיאגרמה סכמטית של דיסקות איזוקאז' והעברה. (A) מבט מלמעלה למטה של הצד התחתון של מכסה הכלוב, עם תוויות המציינות את המיקום של מסנן HEPA הפנימי ברמת הכלוב ואטם אטם הסיליקון. (ב) מבט מלמעלה למטה על פנים הכלוב, עם תוויות המציינות את מכסה מוט התיל, בקבוק המים הפנימי והזרבובית, ואת המיקום במתלה להחזקת חמין הניתן לחיטוי. (ג) מבט קדמי של הכלוב המציג חריצים למחזיק כרטיס הכלוב. (ד) מלמעלה למטה view של כלוב מלא עם המכסה למעלה, המראה כיצד מסנן HEPA מותקן על פיית כניסת האוויר. (ה). מבט אחורי של הכלוב המציג חרירי יניקת וייצוא אוויר העוגנים למערכת מתלה האיזוקאז'. (F) מבט רוחבי של כלוב מלא עם מכסה למעלה, עם תוויות המציינות את מהדקי הסגירה הבטוחים במצב פתוח, עם לשוניות לבנות על כל מהדק שנועלות אותם במקומם. פנים הכלוב מראה תשתית אלפא-דרי בשכבות בתחתית, ובקתת העשרה מוצעת שהונחה בתשתית. (G) מבט מלמעלה למטה על דיסקי העברה עם מכסה למעלה. (H) מבט מלמעלה למטה על החלק הפנימי של דיסק ההעברה, שמראה את מכסה התא המסתובב עם פתח משולש שמאפשר מניפולציה של חיות. (I) מבט רוחבי של דיסק העברה מורכב במלואו המראה מיקום של סרט אוטוקלאב, היוצר אטימה אטומה במהלך ההעברה ממבודד רבייה לאיזוקאז'. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: דיאגרמה סכמטית של מערכת ארונות התקשורת של איזוקאז'. (A) ארון תקשורת שלם עם כלובים מעוגנים ותווית המציינת את מסך הניטור עבור מצב מפוח אוויר, מצב מסנן HEPA וסוללת חירום. בצד השמאלי התחתון של המתלה נמצא החריץ למסנן HEPA ברמת המתלה. (ב) מד מגנהלי מצורף המראה את הלחץ החיובי הנשמר על ידי המתלה. (ג) איזוקאז' מעוגן ללא מחוון עגינה צהוב נראה לעין, המדגים חיבור מוצלח בין המתלה לחרירי האוויר. (ד) חריץ ריק בארון התקשורת, עם מחוון עגינה חזותי אוטומטי גלוי לעין המציין שאין מתלה במקומו ואין חיבור של חרירי האוויר לאיזוקאז'. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
כל הניסויים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) באוניברסיטת פלורידה (UF) ובוצעו במתקני טיפול בבעלי חיים של UF (פרוטוקול IACUC #IACUC202300000005). מושבות מסוג בר נטול חיידקים (GF WT; עכברי C57BL/6) גודלו והוחזקו במבודדים על ידי החטיבה ללא חיידקים של UF Animal Care Services. עכברי GF WT מעורבים הועברו ממבודדי רבייה והוכנסו למערכת ISOcage P Bioexclusion כדי לאפשר מניפולציה מיקרוביאלית.
דגימות צואה אנושיות התקבלו ממחקר תצפיתי פרוספקטיבי שאסף דגימות צואה אורכיות מחולים שקיבלו טיפול במעכב מחסום חיסוני (ICI)12. הסכמה מדעת התקבלה מהמטופלים לאחר אישור המחקר על ידי Advarra IRB (MCC#18611, Pro00017235). הנבדקים קיבלו והשלימו ערכת איסוף צואה של מדיום הובלה דנטלי נוזלי (LDTM) שנועדה לשמר את כדאיות החיידקים למחקרים פונקציונליים. הערכת התגובה אפיינה n=4 דגימות כמגיבים (R) ו-n=6 כלא מגיבים (NR). דגימות המטופלים ההומוגניות שהשתמרו ב-LDTM הופשרו בנפרד, כל אחת הוכנסה לתא אנאירובי למשך לא יותר מ-90 שניות ונאספה על ידי פנוטיפ תגובה (R: n = 4, NR: n = 6). הדגימות שנאספו לאחר מכן הוקפאו בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס לשימוש בפרוטוקול זה. כדי לקבוע את ספירת היחידות היוצרות מושבה אנאירובית (CFU) של צואת התורם, הצואה של כל נבדק דוללה באופן סדרתי ל-1 × 10-5, ו-10 מיקרוליטר מכל דילול צופו בשכפול על צלחות אגר של עירוי לב מוח אנאירובי (BHI) ו-Luria Bertani (LB) וספירת CFU לגרם צואה מוערכת. CFU שווה מכל נבדק נאסף לדגימות חיסון צואה עבור גבאז' לעכברים.
1. הכנת כלובים וחיטוי
2. תכשיר מעקר כלור-דו חמצני
זהירות: חומר מעקר כלור-דו חמצני הוא מאכל ביותר לאחר הפעלתו. מעקר כלור-דו חמצני מופעל פג 24 שעות מערבוב המפעיל עם הבסיס. חומר מעקר כלור-דו חמצני מייצר אדים, שעלולים לגרות את הריריות ויגרמו לגירוי במגע עם העור. ודא שלחדר להכנת חיטוי יש גישה לכיור ואוורור מתאים. לבש משקפי מגן, מכונת הנשמה וכפפות עמידות בפני כימיקלים בעת עבודה עם חומר מעקר כלור-דו חמצני בנוסף לציוד המגן האישי הנדרש (PPE) למתקן הדיור לבעלי חיים.
3. עיקור
4. העברת עכבר ללא חיידקים
5. החדרה אוראלית של תמיסת צואה אנושית לעכברים נטולי חיידקים
6. איסוף צואה מעכברים מואנשים לשימור כדאיות
דגימות צואה אנושיות, שנאספו על ידי פנוטיפ מגיב ICI ופנוטיפ שאינו מגיב (שתואר קודם לכן בפרוטוקול), חולקו לעכברי GF-WT מעורבים ששוכנו ב-3 איזוקאז'ים לקבוצה (n = 1-2 עכברים לכלוב, n = 6 למגיב ו-n = 5 ללא-מגיבים). עכברים הורשו להתאקלם במשך שבוע לאחר ההעברה. לאחר מכן נאספו דגימות צואה מהעכבר...
הפרוטוקול המתואר כאן מספק שיטה ניתנת לשחזור ומפורטת ביותר להאנשה של עכברים נטולי חיידקים השוכנים באיזוקאז'ים ניסיוניים. היכולת להשתיל באופן בלעדי קהילות צואה מנבדקים אנושיים למארחי עכברים היא בעלת ערך רב לחקר המיקרוביום. ללא זיהום ממיקרוביוטה קומנסלית ספציפית לעכבר, ?...
למחברים אין ניגודי אינטרסים.
המחברים אסירי תודה לחטיבת השירותים ללא חיידקים של שירותי הטיפול בבעלי חיים של UF על הסיוע בגידול גנוטוביוטים, לד"ר ברוק בלומברג וד"ר לורה יורל על הסיוע הווטרינרי וה-IACUC, ולג'וזי גוטייה על הסיוע בריצוף הגנים 16S rRNA. מחקר זה נתמך, בין השאר, על ידי קרנות מרכז הסרטן של UF Health (C.J.) וקרן Gatorade של המחלקה לרפואה של UF (C.J). R.Z.G. נתמך על ידי קרנות מרכז הסרטן של UF Health. R.C.N. נתמך על ידי מענק ההכשרה TL1 של המכונים הלאומיים לבריאות באוניברסיטת פלורידה (TL1TR001428, UL1TR001427), המכון הלאומי לסרטן של המכונים הלאומיים לבריאות פרס תוכנית ההכשרה הבין-תחומית לחקר הסרטן המבוססת על צוות T32CA257923 ומרכז הסרטן של UF Health. המחקר המדווח בפרסום זה נתמך על ידי מרכז הסרטן של UF Health, נתמך בחלקו על ידי הקצאות המדינה הניתנות ב-Fla. Stat. § 381.915 והמכון הלאומי לסרטן של המכונים הלאומיים לבריאות תחת פרס מספר P30CA247796. התוכן הוא באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את העמדות הרשמיות של המכונים הלאומיים לבריאות או מדינת פלורידה. למממנים לא היה כל תפקיד בתכנון המחקר, איסוף וניתוח נתונים, החלטה לפרסם או הכנת כתב היד.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL BD Slip Tip Syringe sterile, single use | Fisher Scientific | 309659 | |
2.0 mL Screw Cap Tube, NonKnurl,Skirted,Natural, E-Beam Sterile tube w/ attached cap | Fisher Scientific | 14-755-228 | |
36 x 32 x 48" 3 Mil Gusseted Poly Bags | Uline | S-13455 | |
5 gallon tank of Exspor chlorine-dioxide sterilant activator | Ecolab | 6301680 | |
5 gallon tank of Exspor chlorine-dioxide sterilant base | Ecolab | 6301194 | |
600 mL polypropylene beakers | Fisher Scientific | S01914 | |
ALPHA-dri bedding | Shepherd Specialty Papers | ||
Anaerobic chamber | Coy Lab Products | Type B | |
Biosafety cabinet class 2 | Nuaire | ||
Certified IsoCage autoclavable HEPA filter XT Extreme Temperature | Tecniplast | 1245ISOFHXT | |
Clear Lens LPX IQuity Safety Goggles | Fastenal | 922205455 | |
DuPont Tyvek Sleeve - 18" | Uline | S-13893E | |
DWK Life Sciences DURAN 45 mm Push-on Natural Rubber Cap | Fisher Scientific | 01-258-107 | Rubber cap for 1 L autclave bottles |
Dynalon Quick Mist HDPE Sprayer Bottles | Fisher Scientific | 03-438-12B | |
Fisherbran Polypropylene Graduated Cylinders | Fisher Scientific | 03-007-44 | |
Fisherbran Dissecting Blunt-Pointed Forceps | Fisher Scientific | 08-887 | |
Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouches | Fisher Scientific | 01-812-51 | |
Fisherbrand Straight Broad Strong Tip General Application Forceps | Fisher Scientific | 16-100-107 | |
Fisherbrand lead Free Autoclave Tape | Fisher Scientific | 15-901-110 | |
Gavage needle, reusable stainless steel. Straight. 22 gauge needle, tip diameter 1.25 mm, length 38 mm or 1.5 inches(doz) | Braintree Scientific | N-PK 020 | |
H-B Instrument Durac Timer | Fisher Scientific | 13-202-015 | |
IsoPositive Cages and Rack (i.e. isocages) | Tecniplast | ISO30P | 30 cages (6 w x 5 h), single sided |
Nitrile Chemical Resistant Gloves Size S (7), M (8) or L (9) 18” long, 22 mil, Ansell | Grainger | 4T426 | |
Nitrile Exam Gloves, Medium, Non-Sterile, Powder-Free | MedSupply Partners | KG-1101M | |
Olive / Magenta Bayonet Gas & Vapor Cartridges / Particulate Filter 2Ct | 3M/Fastenal | 50051138541878 | |
Polycarbonate RadDisk Mini for Mice 8-75 x 4 | Braintree Scientific | IRD-P M | |
Polypropylene Bouffant Caps - 24", Blue | Uline | S-10480BLU | |
Puritan Cary-Blair Medium, 5 mL | Fisher Scientific | 22-029-646 | |
S, M and L Blue Silicone Dual-Mode Head Harness Half Mask Respirator | 3M/Fastenal | 50051131370826 | |
Sgpf Series Sterile Powder Free Latex Gloves, CT International, Thickness = 6.5 mm, Length = 30.5 cm (12), Glove Size = 8.5, Glove Color = White | Fisher Scientific | 18-999-102F | |
Skid Resistant Shoe Cover | Uline | S-25639 | |
Surgical Gown, Towel, Sterile, Large, 32/cs | Thomas Scientific | KIM 95111 | |
Teklad Global 18% protein extruded rodent diet (sterilizable) | Inotiv | 2018SX | |
Thermo Scientific Nalgene Heavy-Duty Rectangular LLDPE Tank with Cover (20 L volume) | Thermo Scientific | 14-831-330J | |
VERIFY Dual Species Self Contained Biological Indicators | Steris Healthcare | S3061 | |
WypAll L40 1⁄4 Fold Wipers | Uline | S-8490 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved