경동맥 내 주사<em&gt; 대장균</em&gt; 신우 신염의 쥐 모델에서

요약

This manuscript describes a rat surgical model of pyelonephritis using direct intra-renal infection by Escherichia coli into the renal pelvis. The experimental procedure can be utilized to study the pathogenesis of pyelonephritis as well as the associated inflammation and fibrosis.

초록

Pyelonephritis is a bacterial infection of the kidney and is most commonly caused by Escherichia coli. Recurrent infections can cause significant renal inflammation and fibrosis ultimately resulting in declining kidney function. Before improved clinical management and prevention of pyelonephritis can be instituted, a reliable animal model must be established in order to study the mechanisms of progression, recurrence, and therapeutic efficacy. The transurethral infection model closely mimics human pyelonephritis but exhibits considerable variation due to its reliance on urethral reflux to transport the bacteria to the kidney. Herein, a detailed surgical protocol for performing bacterial injections into the rat renal pelvis is provided and confirmed by non-invasive Magnetic Resonance Imaging (MRI). Using this protocol, animals receive direct exposure to a desired concentration of E. coli bacteria and can fully recover from the surgical procedure with adequate post-operative care. This facilitates subsequent longitudinal MRI assessments of the experimental animal models for comparison with saline (sham) controls. Using this direct delivery approach, the severity of infection is controllable and applicable for mechanistic studies of progression as well as development of novel treatment strategies.

서문

설치류 모델은 신우 신염 (pyelonephritis)과 요로 감염 (UTI)을 포함한 수많은 인간 질병 발현을 연구하는데 사용되었습니다. UTI는 전 세계적으로 건강 문제이며, 모든 연령의 어린이, 남성 및 여성에게 영향을 줄 수 있습니다. ^{1 , 2 , 3} UTI의 초기 증상은 방광염을 포함하며 감염이 요관을 따라 상승하면 신장 감염 (신우 신염)이 발생할 수 있습니다. 동시에 당뇨병의 유행은 전 세계적으로 4 억 명에 이릅니다. ^4,5 중요한 UTI 입사 최대 비만 또는 재발 UTI 감염 (루티), 패혈증, 신우 신염으로부터 신장 섬유증, 및 방광 기능 장애의 위험 증가의 결과로, 제 2 형 당뇨병을 가진 환자의 4 배 이상으로 할 수있다. ^{6 , 7 , 8} 설치류현재의 항생제 요법은 UTI 환자의 하위 집단에서만 지속적이고 예방적인 반응을 일으키기 때문에 모델은 UTI를 연구하는 데 중요합니다. 임상 UTI 치료를 향상시키기 위해 중요한 단계는 2 형 당뇨병의 영향뿐만 아니라 급성 감염에서 염증에서부터 섬유화에 이르기까지의 rUTI 및 병태 생리 학적 과정을 이해하는 것입니다.

동물 모델을 개선하는 목표는 질병 진행 및 치료 중재를보다 정확하게 평가할 수있는 기술을 개발하는 것입니다. 여러 가지 접근법이 신장 손상의 병태 생리학, 항생제 치료의 효과 및 UTI 자연 경과의 다른 측면을 연구하기 위해 쥐 및 / 또는 마우스에서 신우 신염을 유도하기 위해 사용되었습니다. 역행성 요로 감염을 확증하기위한 일반적인 접근법은 경 요도 카테터 삽입 법입니다. ^{10 , 11 , 12 , 13 ,}이 방법은 마취 된 동물의 방광으로 요도를 통해 박테리아를 도입합니다. 이 기술은 인간 신우 신염을 면밀히 시뮬레이션하지만, 신우 신염 감염의 실제 발생률과 크기는 예방 접종 중 또는 즉시 접종 후 자발적 인 ureteric 역류 또는 요실금 배뇨가 없기 때문에 여러 변수가있을 수 있습니다. 그 결과 ^11, 신장 감염뿐만 아니라 치료 전략을 연구하는이 모델의 유틸리티를 제한 할 수있는 상승 신우 신염 감염을 유도에서 실험 다양성.

이 보고서는 대장균 이 쥐 신장에 직접 주입되는 외과 적 신우 신장염 쥐 모델을 기술합니다. 이 쥐 모델이 침습적 임에도 불구하고, 신장으로 전달 된 대장균 의 양은 효과적으로 신장 감염 및 염증을 가능하게하면서 효과적으로 조절 될 수있다. ¹⁴ 이 절차에서 우리는 또한이러한 생길 수있는 신장 감염이 생체 내 자기 공명 영상 (MRI)을 통해 세로로 모니터링 될 수있는 방법.

프로토콜

모든 동물 연구는 Case Western Reserve University에서 승인 된 Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) 프로토콜에 따라 수행되었습니다. 아래에 설명 된 수술 절차의 기간은 약 45-60 분입니다. MRI 절차 자체는 매 시간마다 약 15 분입니다.

1. 마취

1. 쥐를 isoflurane 챔버에서 2 % isoflurane을 산소와 혼합하여 쥐를 마취 한 후 주사제 마취를 복막 내 투여하기 전에 동물의 취급과 구속을 용이하게하십시오.
2. isoflurane에 3-5 분 노출 한 후에 동물이 마취되었는지 확인하고 발가락 핀치에 반응이 없음을 확인하십시오.
3. 쥐를 xylazine과 케타민의 혼합 복강 내 주사로 75mg / kg 케타민 / 10mg / kg xylazine으로 추가 진정시킨다. 복강 내 주사를 할 때는 바늘을 뒤로 당겨 장이나 다른 중요한 기관의 일부가 뚫리지 않았는지 확인하십시오.
4. 나는절개 부위에 2mg / kg bupivacaine을 피하 주사하여 국소 통증 완화를 제공하십시오.

2. 수술 영역의 준비

1. 그들이 수술에 사용되기 전에 수술 도구 및 소모품을 소독하고 무균을 위해 수술 패드에 배치합니다. 대부분의기구와 보급품은 고압 가압 소독하고 재사용 할 수 있습니다.
2. 모든 수술 절차에는 멸균 장갑을 사용하십시오.
3. 전기 면도기를 사용하여 모피를 동물의 오른쪽 면도 면도하십시오. 갈비뼈의 바닥에서 뒷다리의 꼭대기까지 동물을 면도하고 절개를위한 큰 머리카락없는 부위를 제공하십시오.
4. 동물을 멸균 외과 패드에 올려 주변 부위와 소독 부위를 격리시킵니다.
5. 포비돈 요오드 또는 베타 딘과 같은 소독제로 피부를 문지릅니다. 수술 부위의 중심에서 문지르기를 시작하고 원형 방식으로 외부로 이동하십시오. 포비돈 요오드 또는 베타 딘의 새로운 닦음으로 적어도 세 번 반복하십시오.
6. 요오드가 흡수되면 독성이있을 수 있으므로 피부가 깨끗해질 때까지 70 % 알코올 면봉으로 수술 부위를 문질러주십시오.

3. 수술 절차

1. 무균 상태에서이 절차를 유지하십시오.
2. 오른쪽 측면을 위쪽으로 향하게하여 왼쪽 측면 decubitus 위치에 따뜻한 난방 침대에 마취 동물을 위치.
   참고 : 저체온증을 예방하려면 동물의 핵심 체온을 35-37 ° C로 유지해야합니다. 이 온난화 베드는 무균 상태를 유지하기 위해 필요에 따라 멸균해야합니다.
3. 갈비뼈 케이지를 느끼고, 갈비뼈 바닥에서 시작하는 무균 크기 10 메스 블레이드를 사용하여 2 ~ 3cm 정도의 등 복부 후 복막 절개를하십시오.
4. 절개의 양 측면을 따라 세로로 멸균 거즈를 놓습니다.
5. 복강을 시각화하고 액세스하려면 피하 조직, 지방 및 근육을 멀리 해부하십시오. 더 깊게 관통 할 수 있도록 곡선 형 블레이드 Mayo 가위를 사용하십시오.상처에 배급하고 두꺼운 조직을 자른다.
6. 간이 명확하게 보이고 접근 할 수있게되면 무딘 포셉을 사용하여 간을 위쪽으로 후퇴시킵니다.
7. 다른 한편으로는 다른 한 쌍의 무딘 집게를 사용하여 복부 캐비지 바깥에 위치하도록 오른쪽 신장을 노출시킵니다.
8. 신장과 왼쪽을 잡으려면 왼손 엄지 손가락과 엄지 손가락을 사용하십시오. 오른손으로 천천히 꾸준히 ¹⁵ (흰색 거품으로 표시) 신우으로 멸균 주사기를 0.1 ml의 대장균 E. UTI89 용액 (농도 ⁹ × 10 -1 10 × ⁸ (1) 사이) 주사.
   참고 : 참조 ^15에 설명 된대로 세균성 역가를 준비하십시오.
9. 복막으로 inoculum의 유출을 방지하기 위해 바늘 위에 흡수 hemostat의 스트립을 놓습니다. 천천히 신장 골반에서 바늘을 당겨냅니다.
   주의 : 주변 조직을 관통하거나 감염시키지 않도록주의해야한다.ons 및 / 또는 합병증.
10. 큰 주사기를 사용하여 복강 내로 다시 넣기 전에 신장을 생리 식염수로 완전히 헹구십시오.

4. 봉합

참고 : 조직에 묻힐 봉합사는 4-0 비 흡수성 꼰 봉합해야합니다. 신체 표면에는 흡수성 또는 모노 필라멘트 봉합사를 사용할 수 있습니다.

1. 혈류 방해를 막기 위해 봉합사를 최대한 조직 모서리에 가깝게 놓으십시오. 전형적으로 가장자리로부터 0.3cm 이하가 필요하다.
2. 미세한 치아 포셉 한 쌍을 사용하여 피부를 잡고 약간 뒤로 젖히고 바늘 홀더를 피부를 관통하기위한 준비 자세로 회전 시키십시오.
3. 손바닥을 회전시켜 바늘을 회전시키고 피부를 통과시켜 피부의 전체 두께에 걸쳐 바늘을 움직입니다.
4. 프로 시저를 수행하는 개인과 가장 가까운 스킨 가장자리에 대해이 과정을 반복하십시오.
5. 죄다조직의 가장자리를 막기에 충분한 봉합선. 더 단단하면 혈액 공급을 방해하고 천천히 상처를 치며 열개를 초래할 수 있습니다.
6. 짧은 줄만 잘라서 3-4mm 꼬리를 남기고 단순한 중단 스티치처럼 사각 매듭을 사용하여 봉합을 묶습니다.
7. 첫 번째 스티치를 묶은 후 첫 번째 스티치를 약 3mm 정도 떨어진 곳에 두 번째 스티치를 준비하고 실행중인 봉합을 계속하십시오.
8. 절개 끝 부분에 도달하면 마지막 스티치를 끝까지 당기지 마십시오. 대신, 봉합사 봉합 부의 말단부를 묶기 위해 짧은 바늘로 여기에 바늘 홀더로 고정 된 루프를 사용하십시오.
9. 기구 넥타이를 사용하여 정사각형 매듭을 사용하여 봉합을 묶습니다. 그 결과 3 개의 가닥이 말단의 완성 된 매듭에서 튀어 나오게됩니다.

5. 동물성 회복

1. 수술 후 2.1 mg / kg Yohimbine을 복강 내 주사하여 마취를 후 향적으로합니다. 에이시신은 3-5 시간 후 외과 수술로부터 완전히 회복 될 것으로 예상됩니다.
2. 동물을 난방 패드 (저체온증을 피하기 위해)와 수술 후 흡수성 부드러운 침구 위에 올려 놓으십시오.
3. 경구 또는 비경 구 액체로 정상 수유로 돌아갈 때까지 (24 시간 이내) 재수 화를하십시오. 탈수 효과를 제한하기 위해 수술 직후에 생리 식염수 약 0.6 ml를 복강 내 주사한다.
4. IACUC에서 승인 한 동물 관리 및 사용 프로토콜에 설명 된대로 진통을 제공하십시오. 통증 관리를 위해 carprofen 5 mg / kg을 피하 주사하십시오.
5. 붓기, 삼출액, 통증 또는 열개에 대한 절개를 정기적으로 관찰하십시오.

6. 자기 공명 영상을 통한 검증

1. 고지 소형 동물 MRI 스캐너에서 생체 내 MRI 실험을 수행하십시오.
2. 산소에서 3 % isoflurane으로 마취를 유도하고 MRI 스캐너에서 아이소 센터 (isocenter)에서 적절한 신장으로 동물을 위치시키고 적절하게radiofrequency coil을 먹었다. nosecone을 통해 이미징 절차 전반에 걸쳐 1 ~ 2 % isoflurane 마취를 동물에게 지속적으로 제공하십시오.
   참고 : 그림 1에 표시된 생체 내 MRI 이미지의 경우, 래트 크기의 볼륨 코일 (내부 직경 = 72mm)을 사용했습니다.
3. 동물 모니터링 및 제어 시스템을 사용하여 각 동물의 호흡 률 (40-60 breaths / min) 및 핵심 체온 (35 ± 1 ° C)을 유지하십시오.
4. 다중 슬라이스, 다중 에코 스핀 에코 MRI 획득을 사용하여 감염된 신장과 대조군 모두의 고해상도 축 방향 T2 강조 영상을 얻습니다. 일반적인 MRI 획득 파라미터는 반복 시간 = 5,000 msec, 에코 시간 = 40 msec, 슬라이스 두께 = 2.0 mm, 평면 내 공간 해상도 = 200 μm, 신호 평균 3 개, 획득 시간 8 분입니다.

결과

의료 이미징 기술은 UTI 및 치료 효능을 비 침습적으로 평가할 수있는 기회를 제공합니다. 따라서 MRI를 이용하여 1-2 x 10 ⁷ UTI89 대장균 주입 후 급성 감염의 유무를 확인하고 수술 전과 후에 신장의 변화를 시각화 하였다. 그림 1a-b 는 신장 감염의 점차적으로 증가하는 영역을 보여줍니다 (노란색 화살표). 감염 후 1, 4 일째에 각 동물에 대해 얻은 M...

토론

설치류 (예 : 생쥐와 쥐)의 급성 신우 신염은 경 요도 카테터 삽입에 의해 생성 될 수 있습니다. ^{16 , 17 , 18} 이 요도 감염 방법은 비 침습적이며 상행 감염의 인간 병리 생리학을 모방한다는 점에서 유리하다. ^{17, 18, 19, 20} 그러?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Absorbing Pad	Fisher	14-127-47
Sterile Cotton Gauze Pad	Fisher	22-415-469
Latex Surgical Gloves	Henry Schein Animal Health	21540
Curved Mayo Scissors	Fisher	S17341
Straight Blunt Foreceps	Fisher	08-895
Scalpel Handle	Fisher	08-913-5
Sterile Scalpel Blades	Fisher	53220
1 ml Luer-Lok Syringe	BD Biosciences	309628	For bacterial injections
20 ml Luer-Lok Syringe	BD Biosciences	301031	For saline wash
Hemostat	Seneca Medical	240267
23 G 3/4 in. Needle	BD Biosciences	305143
30 G 1 in. Needle	BD Biosciences	305128
U-100 Insulin Syringe	Exel International	25846	For medication injections
Isoflurane	Henry Schein Animal Health	050033
Xylazine	Henry Schein Animal Health	33197	Inject IP
Ketamine	Patterson Vetrinary	07-881-9413	Inject IP
Yohimbine (Atipamezole)	Patterson Vetrinary	07-867-7097	Inject IP after surgery
Bupivacaine (Marcaine)	Patterson Vetrinary	07-890-4584	Inject SQ at site of incision
4-0 Chromic Gut Suture	Ethicon Inc.	U203H
4-0 Braided Vicryl Suture	Ethicon Inc.	J304H
1 ml SubQ Syringe	BD Biosciences	309597
E. coli  UTI89 or CFT073	ATCC	700928
Surgicel Absorbable Hemostat	Ethicon Inc.	ETH1951CS
Biospec 9.4T MRI	Bruker	94/20 USR