establishing a candida albicans biofilm-associated periprosthetic joint infection (pji) mouse model

Établissement d’un modèle murin pour l’IPJI liée au biofilm de Candida albicans

Candida albicans (C. albicans) commensally reside in many parts of the human body1, which is also the most common opportunistic pathogen that causes life-threatening invasive fungal infections, especially in immunocompromised patients2,3. C. albicans can transform between yeast and mycelium states as a polymorphic fungus. The mycelium state exhibits higher virulence, stronger adhesion, and invasion of cells and tissues4,5. Besides, C. albicans can form biofilms on the surfaces of biomedical materials such as dentures, catheters, and stents1,6,7. The dense three-dimensional structure of biofilms restricts the infiltration of antifungal drugs, expresses drug-resistant genes, and down-regulates the metabolism of fungal cells to resist immune system clearance6,7. Therefore, biofilms-related infections&#160;are quite challenging in clinics8.
Staphylococcus aureus, coagulase-negative staphylococcus, and enterobacter are the main pathogens causing PJI9. Although the incidence of fungal PJI is relatively low (about 1%)10, the treatment cost of fungal PJI is higher11, the treatment cycle is longer11, and the treatment success rate is lower10 than bacterial PJI. In recent years, the incidence of fungal PJI has been increasing year-by-year10. Candida PJI accounts for 77%-84% of fungal PJI10,12, and C. albicans is the most common in Candida (54%). Therefore, fungal PJI needs to be studied.
Currently, PJI is treated via revision surgery by (1) removing the infected implant, (2) debridement, (3) antimicrobial treatment, and (4) reimplantation. After thorough debridement, an antibiotic containing bone cement is placed, and the patient is treated with antibiotics systemically for more than 6 weeks to effectively control the infection before a new implant is placed13. However, this method cannot fully eliminate pathogens in tissues, and recurrent infections treated with long-term antimicrobial therapy are highly likely to develop in drug-resistant strains14,15,16.
Establishing animal models of PJI is important for the research and development of new drugs or therapeutics for PJI. In the development of PJI, large dead spaces are formed around the prosthesis, leading to the formation of hematomas, which further block the blood supply of the surrounding tissues and impair the effect of antibiotics11,15. Due to the difficulty in mimicking the surrounding environment of the prosthesis, traditional animal models cannot accurately simulate the actual situation of PJI17,18.
In this paper, a C. albicans biofilm-associated PJI model in mice was constructed by using a clinically widely used titanium-nickel wire to simulate joint implants19,20. This PJI model exhibits the advantages of easy operation, high successful rate, high repeatability, and high clinical correlation. It is expected to be an important model for studying the prevention and treatment of C. albicans biofilm-related PJI.

Pleins feux sur l’auteur : Faire progresser la recherche sur les infections articulaires prothétiques associées au biofilm de Candida albicans 

Un modèle d’infection à Candida albicans d’articulation périprothétique chez la souris

In this study of Candida albicans biofilm-associated peri-prosthetic joint, Candida albicans infection model in mice was constructed, using titanium-nickel wire, commonly used to simulate joint implants. This PJI model is easy to operate, has a high success rate, and is clinically relevant. It will help understanding the prevention and treatment of Candida albicans biofilm-related PJI.Traditional animal models cannot accurately simulate the actual situation of PJI, due to the complex environment surrounding the processes. Candida albicans biofilm-related mouse PJI model, can address the research gap. The establishment of PJI animal model is very important for the research and the development of new drugs or therapeutics for PJI.The Candida albicans biofilm-associated mouse PJI model established in this paper is expected to be an important model for the prevention and treatment of Candida albicans biofilm-associated PJI.

Watch this Scientific Journal Video about Establishing a Candida albicans Biofilm-Associated Periprosthetic Joint Infection PJI Mouse Model at JoVE.com

Establishing a Candida albicans Biofilm-Associated Periprosthetic Joint Infection (PJI) Mouse Model  

Établissement d’un modèle murin d’infection articulaire périprothétique (PJI) associée au biofilm de Candida albicans

Pour commencer, prenez une boucle d’inoculation pour prélever une colonie monoclonale de candida albicans dans une plaque YPD. Transférez la colonie dans cinq millilitres de milieu liquide YPD, complété par 50 microgrammes par millilitre de carbénicilline. Secouez les cellules à une vitesse constante de 220 tr/min à 30 degrés Celsius pendant la nuit.Centrifugez ensuite la suspension cellulaire à 400 g pendant cinq minutes à température ambiante. Après avoir éliminé le surnageant, remettre les cellules en suspension dans une solution saline normale et ajuster la concentration cellulaire en faisant correspondre la turbidité de la suspension cellulaire à une norme de McFarland de 0,5. Pour créer une solution saline normale à 0,9 %, pesez 0,9 gramme de chlorure de sodium et dissolvez-le dans 100 millilitres d’eau déminéralisée.Ensuite, autoclavez les instruments chirurgicaux dans du fil d’alliage de titane et de nickel à 121 degrés Celsius pendant 30 minutes avant utilisation. Ensuite, divisez au hasard 30 souris mâles C57BL/6 en un groupe témoin, un implant vierge et un groupe PJI. Après avoir anesthésié les souris, retirez les poils du membre postérieur gauche et utilisez de l’iode pour désinfecter la zone rasée.Vérifier la profondeur de l’anesthésie en observant la perte du réflexe de redressement. Pour les souris du groupe témoin, n’administrer aucun traitement. Pour les souris de l’implant vierge et du groupe PJI, utilisez une lame numéro 10 pour créer une incision longitudinale de cinq millimètres sur le genou du membre postérieur gauche afin d’exposer les articulations pour d’autres procédures.Maintenant, insérez une aiguille de seringue stérile pour créer un trou de cinq millimètres de long dans le canal intramédullaire fémoral. Insérez délicatement un fil en alliage de nickel-titane dans le trou avant de le couper avec des ciseaux. Ensuite, administrez deux microlitres de YPD medium goutte à goutte le long du fil d’alliage nickel-titane pour les souris du groupe d’implants vierges.À l’aide d’une suture en nylon, refermez la plaie couche par couche. Ensuite, inoculez deux microlitres de cellules de candida albicans dans l’espace articulaire des souris le long du fil d’alliage nickel-titane du groupe PJI. À l’aide d’une suture en nylon, refermez la plaie couche par couche.Hébergez les souris avec un accès gratuit à l’eau et à la nourriture pendant 14 jours.

establishing-candida-albicans-biofilm-associated-periprosthetic-joint

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Establishing a Candida albicans Biofilm-Associated Periprosthetic Joint Infection (PJI) Mouse Model

79 Views.  Xi’an Jiaotong University. Establishing a Candida albicans Biofilm-Associated Periprosthetic Joint Infection (PJI) Mouse Model