Name: a non-invasive and technically non-intensive method for induction and phenotyping of experimental bacterial pneumonia in mice
Uploaded: 2016-09-28T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Non-invasive and Technically Non-intensive Method for Induction and Phenotyping of Experimental Bacterial Pneumonia in Mice at JoVE.com

This work was supported in part by the Intramural Research Program of the National Institutes of Health, National Institute of Environmental Health Sciences (Z01 ES102005).

Alla experiment utfördes i enlighet med djurskyddslagen och US Public Health Service Policy för mänsklig omsorg och användning av försöksdjur efter granskning av Animal Care och användning kommitté NIEHS. 1. Framställning av K. pneumoniae Kultur Varning: Genomför alla steg i en skyddsnivå 2 (BSL2) huv eller annan BSL2 anvisad plats och kasta avfall per institutets riktlinjer BSL2. <ol><li> För upphängning tillväxt K. pneumoniae, ...

<ol>
	<li>Mizgerd, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acute+lower+respiratory+tract+infection.">Acute lower respiratory tract infection.</a> N Engl J Med. 358 (7), 716-727 (2008).</li><li>Waterer, G. W., Rello, J., Wunderink, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Management+of+community-acquired+pneumonia+in+adults.">Management of community-acquired pneumonia in adults.</a> Am J Respir Crit Care Med. 183 (2), 157-164 (2011).</li><li>Mizgerd, J. P., Skerrett, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Animal+models+of+human+pneumonia.">Animal models of human pneumonia.</a> Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 294 (3), L387-L398 (2008).</li><li>Revelli, D. A., Boylan, J. A., Gherardini, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+non-invasive+intratracheal+inoculation+method+for+the+study+of+pulmonary+melioidosis.">A non-invasive intratracheal inoculation method for the study of pulmonary melioidosis.</a> Front Cell Infect Microbiol. 2, 164 (2012).</li><li>Morales-Nebreda, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intratracheal+administration+of+influenza+virus+is+superior+to+intranasal+administration+as+a+model+of+acute+lung+injury.">Intratracheal administration of influenza virus is superior to intranasal administration as a model of acute lung injury.</a> J Virol Methods. 209, 116-120 (2014).</li><li>Aujla, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IL-22+mediates+mucosal+host+defense+against+Gram-negative+bacterial+pneumonia.">IL-22 mediates mucosal host defense against Gram-negative bacterial pneumonia.</a> Nat Med. 14 (3), 275-281 (2008).</li><li>Chen, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Th17+cells+mediate+clade-specific,+serotype-independent+mucosal+immunity.">Th17 cells mediate clade-specific, serotype-independent mucosal immunity.</a> Immunity. 35 (6), 997-1009 (2011).</li><li>Draper, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ATP-binding+cassette+transporter+G1+deficiency+dysregulates+host+defense+in+the+lung.">ATP-binding cassette transporter G1 deficiency dysregulates host defense in the lung.</a> Am J Respir Crit Care Med. 182 (3), 404-412 (2010).</li><li>Robinson, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influenza+A+exacerbates+Staphylococcus+aureus+pneumonia+by+attenuating+IL-1beta+production+in+mice.">Influenza A exacerbates Staphylococcus aureus pneumonia by attenuating IL-1beta production in mice.</a> J Immunol. 191 (10), 5153-5159 (2013).</li><li>Mizgerd, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mechanisms+of+neutrophil+recruitment+elicited+by+bacteria+in+the+lungs.">Molecular mechanisms of neutrophil recruitment elicited by bacteria in the lungs.</a> Semin Immunol. 14 (2), 123-132 (2002).</li><li>Balamayooran, G., Batra, S., Fessler, M. B., Happel, K. I., Jeyaseelan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+neutrophil+accumulation+in+the+lungs+against+bacteria.">Mechanisms of neutrophil accumulation in the lungs against bacteria.</a> Am J Respir Cell Mol Biol. 43 (1), 5-16 (2010).</li><li>Quinton, L. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hepatocyte-specific+mutation+of+both+NF-kappaB+RelA+and+STAT3+abrogates+the+acute+phase+response+in+mice.">Hepatocyte-specific mutation of both NF-kappaB RelA and STAT3 abrogates the acute phase response in mice.</a> J Clin Invest. 122 (5), 1758-1763 (2012).</li><li>Gowdy, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Key+role+for+scavenger+receptor+B-I+in+the+integrative+physiology+of+host+defense+during+bacterial+pneumonia.">Key role for scavenger receptor B-I in the integrative physiology of host defense during bacterial pneumonia.</a> Mucosal Immunol. 8 (3), 559-571 (2015).</li><li>Madenspacher, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=p53+Integrates+host+defense+and+cell+fate+during+bacterial+pneumonia.">p53 Integrates host defense and cell fate during bacterial pneumonia.</a> J Exp Med. 210 (5), 891-904 (2013).</li><li>Brain, J. D., Knudson, D. E., Sorokin, S. P., Davis, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+distribution+of+particles+given+by+intratracheal+instillation+or+by+aerosol+inhalation.">Pulmonary distribution of particles given by intratracheal instillation or by aerosol inhalation.</a> Environ Res. 11 (1), 13-33 (1976).</li><li>Card, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gender+differences+in+murine+airway+responsiveness+and+lipopolysaccharide-induced+inflammation.">Gender differences in murine airway responsiveness and lipopolysaccharide-induced inflammation.</a> J Immunol. 177 (1), 621-630 (2006).</li><li>Ivanov, I. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induction+of+intestinal+Th17+cells+by+segmented+filamentous+bacteria.">Induction of intestinal Th17 cells by segmented filamentous bacteria.</a> Cell. 139 (3), 485-498 (2009).</li><li>Hooper, L. V., Littman, D. R., Macpherson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactions+between+the+microbiota+and+the+immune+system.">Interactions between the microbiota and the immune system.</a> Science. 336 (6086), 1268-1273 (2012).</li></ol>

Musmodeller av bakteriell lunginflammation, samarbetar med riktad genmodifiering och in vivo biologiska och farmakologiska interventioner, har gett viktiga insikter i lungvärdförsvar svar. Stora framsteg har gjorts i synnerhet i vår förståelse av kemokiner och adhesionsmolekyler som styr rekryteringen av neutrofiler till den infekterade luftrummet 10,11. In vivo-modeller av lunginflammation, till skillnad från cellbaserade eller alternativa metoder, också har gett viktiga insikter end...

Samhällsförvärvad pneumoni är fortfarande den vanligaste dödsorsaken från infektion i USA, med lite totala förändringen i dödlighet under de senaste 40 åren, trots förbättringar i vaccination och antibiotiska strategier 1,2. Trots avsaknaden av märkbara framsteg på folkhälsonivå, under de senaste åren dramatiska framsteg har gjorts i vår förståelse av den molekylära och cellulära patogenesen av lunginflammation, med många av dessa framsteg som möjliggjorts genom användning av musmodeller av lunginfektion. Den genetiska spårbarhet musen har likheten mellan de murina och humana immunsystem, och det stora utbud av murina inriktade immunologiska reagens som har blivit kommersiellt tillgängliga tillsammans underlättas snabba framsteg på fältet. Musmodeller av bakteriell lunginflammation som beskrivs i litteraturen har i allmänhet åberopas en av fyra tekniska vägar för patogen ympning: i) aerosolbildning; ii) intranasal leverans; iii) peroral leverans; och iv) kirurgisk intratrakeal injektion (dvs trakeotomi) 3. Alla smittvägar har fördelar och nackdelar 3. I synnerhet i förhållande exponering av de övre luftvägarna, risken för inblandning av oronasala flora, krav för narkos, variationen av inokulatet levereras till den distala lungan, lobära fördelning av de levererade patogener, tekniska krav expertis, och procedur sjuklighet varierar kraftigt mellan dessa tillvägagångssätt. Vanligen används perorala infektionstekniker inkluderar endotrakeal (translaryngeal) kanyle via antingen en &quot;blinda&quot; (icke-visualiserade) tillvägagångssätt, eller under direkt struphuvud visualisering 3-5. Båda metoderna, medan robust, kräver omfattande utbildning och även medföra risk för skada på övre luftvägarna. I denna rapport beskriver vi en tekniskt icke intensiva, icke-invasiv, billig och snabb metod för peroral infektion, wföljande bakterier (Klebsiella pneumoniae i exemplet) pipetteras i orofarynx av en sövd mus levereras till lungorna via aspiration (dvs inandning). Vi och andra har använt aspirationspneumoni tekniken framgångsrikt 6-9. Denna mångsidiga och lättlärd lungleveransmetod kan utsträckas till leverans av många ytterligare icke-frätande medel till lungorna, inklusive cytokiner och andra proteiner, patogen-associerade molekyler (t.ex. lipopolysackarid), celler (dvs, adoptiv överföring), och toxiner (t.ex. bleomycin). Förutom att diskutera viktiga tekniska överväganden beskriver vi också ett integrerat, kvantitativ metod för att bedöma den efterföljande värd svar på lunginflammation, inklusive nedströms mätning av bakteriell clearance (dvs kolonibildande enhet [CFU] kvantifiering i lungan och perifera organ) och leukocyter ackumulering i luftrummet.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="698">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Klebsiella pneumoniae, serotype 2</td>
			<td style="width:169px;">ATCC</td>
			<td style="width:119px;">43816</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Tryptic soy broth</td>
			<td style="width:169px;">Becton Dickenson</td>
			<td>211825</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Excel Safelet IV Catheters, 18G x 1 1/4&#34;</td>
			<td>Claflin Medical Equipment</td>
			<td style="width:119px;">MEDC-031122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Hema 3 Solution 1</td>
			<td style="width:169px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">23-122-937</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Hema 3 Solution 2</td>
			<td style="width:169px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">23-122-952</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Hema 3 Fixative</td>
			<td style="width:169px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">23-122-929</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">27&#189; gauge tuberculin syringes</td>
			<td style="width:169px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">14-826-87</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">Lithium heparin plasma collectors</td>
			<td style="width:169px;">Fisher</td>
			<td style="width:119px;">2675187</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:243px;">L-shaped disposable spreaders</td>
			<td style="width:169px;">Lab Scientific</td>
			<td style="width:119px;">DSC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:243px;">1x PBS, pH 7.4</td>
			<td style="width:169px;">prepared in-house</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Distilled water (5 L), NaCl (40 g), KCl (1 g), Na2HPO4 (5.75 g), KH2PO4 (1 g)&#160;&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:243px;">ACK lysis buffer</td>
			<td style="width:169px;">prepared in-house</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>NH4Cl (4.145 g), KHCO3 (0.5 g), EDTA (18.6 mg), bring up to 500 ml with distilled water and pH to 7.4</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a non-invasive and technically non-intensive method for induction and phenotyping of experimental bacterial pneumonia in mice

Även samhällsförvärvad lunginflammation är fortfarande ett stort folkhälsoproblem, har musmodeller av bakteriell lunginflammation nyligen underlättat betydande prekliniska framsteg i vår förståelse av den underliggande cellulära och molekylära patogenes. In vivo-musmodeller fånga den integrerade fysiologi och motståndskraft i värdförsvarssvar i ett sätt som inte avslöjas av alternativa, förenklade ex vivo metoder. Flera metoder har beskrivits i litteraturen för intrapulmonell ympning av bakterier i möss, inklusive aerosol, intranasal leverans, peroral endotrakeal kanyle under &quot;blinda&quot; och synlig villkor, och transkutan endotrakeal kanyle. Alla metoder har relativa fördelar och begränsningar. Häri beskriver vi i detalj en icke-invasiv, tekniskt icke-intensiva, billig och snabb metod för intratrakeal leverans av bakterier som innebär aspiration (dvs inandning) av musenav en smittsam inokulum pipetterades i orofarynx medan under narkos. Denna metod kan användas för pulmonell tillförsel av ett stort antal olika icke-frätande biologiska och kemiska medel, och är relativt lätt att lära sig, även för laboratorier med minimal tidigare erfarenhet med lung förfaranden. Förutom att beskriva aspirationspneumoni metoden, vi ger också steg-för-steg-anvisningar för att analysera den efterföljande in vivo lung medfödda immunsvaret hos mus, i synnerhet metoder för att kvantifiera bakteriell clearance och cellulära immunsvar hos den infekterade luftvägarna. Detta integrerade och enkelt sätt att lunginflammation bedömning möjliggör snabb och robust utvärdering av effekten av genetiska och miljömässiga manipulationer på lung medfödd immunitet.

C57BL / 6-möss infekterades med 2000 CFU K. pneumoniae 43.816 (serotyp 2) via orofaryngeal aspiration i lungorna. Vid denna dos, möss börjar vanligtvis att visa kliniska symptom 12-24 timmar efter infektion, inklusive letargi, ruggig päls, och viktminskning på 5-10% (Figur 2A). Inom 48-72 timmar efter infektion, många av mössen visar sjukdomssymptom och sjuklighet som normalt föregås med i genomsnitt 20% viktförlust och resulterar i hunched ställninga...

Watch this Scientific Journal Video about A Non-invasive and Technically Non-intensive Method for Induction and Phenotyping of Experimental Bacterial Pneumonia in Mice at JoVE.com

A Non-invasive and Technically Non-intensive Method for Induction and Phenotyping of Experimental Bacterial Pneumonia in Mice

Flera metoder har beskrivits i litteraturen för modellering bakteriell lunginflammation hos möss. Häri beskriver vi en icke-invasiv, billig, snabb metod för att inducera lunginflammation via aspiration (dvs., inhalation) av ett bakteriellt inokulum pipetteras i orofarynx. Nedströms metoder för bedömning av lung medfödda immunsvaret är också detaljerad.

En icke-invasiv och tekniskt icke intensiva metod för induktion och fenotypning av experimentell bakteriell lunginflammation hos möss

Although community-acquired pneumonia remains a major public health problem, murine models of bacterial pneumonia have recently facilitated significant ...

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Non-invasive Imaging of Leukocyte Homing and Migration in vivo

Non-invasive Imaging of Leukocyte Homing and Migration in vivo

Icke-invasiv avbildning av Leukocyt Homing och migration In vivo</em

Two-photon (2P) microscopy is a high resolution imaging technique that has been broadly adapted by biologists.  The value of 2P microscopy is that it ...

Preparation of Mouse Pituitary Immunogen for the Induction of Experimental Autoimmune Hypophysitis

Beredning av Mouse Hypofys Immunogen för induktion av Experimentell Autoimmun Hypophysitis

Autoimmune hypophysitis is a chronic inflammation of the pituitary gland caused or accompanied by autoimmunity1.  It has traditionally been considered a ...

Induction of Experimental Autoimmune Hypophysitis in SJL Mice

Induktion av Experimentell Autoimmun Hypophysitis i SJL Möss

Autoimmune hypophysitis can be reproduced experimentally by the injection of pituitary proteins mixed with an adjuvant into susceptible mice1. Mouse ...

Using Luciferase to Image Bacterial Infections in Mice

Använda luciferas till bild bakteriella infektioner hos möss

Imaging is a valuable technique that can be used to monitor biological processes.  In particular, the presence of cancer cells, stem cells, specific ...

A Method for Labeling Vasculature in Embryonic Mice

En metod för märkning vaskulatur i embryonala möss

The establishment of a functional blood vessel network is an essential part of organogenesis, and is required for optimal organ function. For example, in ...

Non-invasive Imaging of Disseminated Candidiasis in Zebrafish Larvae

Icke-invasiv avbildning av disseminerad candidiasis i zebrafisk Larver

Disseminated candidiasis caused by the pathogen Candida albicans is a clinically important problem in hospitalized individuals and is associated with a 30 ...

Non-invasive Optical Imaging of the Lymphatic Vasculature of a Mouse

Icke-invasiv optisk avbildning av det lymfatiska vaskulaturen hos en mus

The lymphatic  vascular system is an important component of the circulatory system that  maintains fluid homeostasis, provides immune surveillance, and ...

Non-Invasive Model of Neuropathogenic Escherichia coli Infection in the Neonatal Rat

Non-Invasive Model of Neuropathogenic Escherichia coli Infection in the Neonatal Rat

Icke-invasiv Modell av Neuropathogenic<em&gt; Escherichia coli</em&gt; Infektion i neonatal Rat

Investigation of the interactions between animal host and bacterial pathogen is only meaningful if the infection model employed replicates the principal ...

Induction of Murine Intestinal Inflammation by Adoptive Transfer of Effector CD4+CD45RBhigh T Cells into Immunodeficient Mice

Induction of Murine Intestinal Inflammation by Adoptive Transfer of Effector CD4+CD45RBhigh T Cells into Immunodeficient Mice

Induktion av murina tarminflammation med adoptiv överföring av Effector CD4<sup&gt; +</sup&gt; CD45RB<sup&gt; Hög</sup&gt; T-celler i möss med immunbrist

There are many different animal models available for studying the pathogenesis of human inflammatory bowel diseases (IBD), each with its own advantages ...

Non-invasive Imaging of the Innate Immune Response in a Zebrafish Larval Model of Streptococcus iniae Infection

Non-invasive Imaging of the Innate Immune Response in a Zebrafish Larval Model of Streptococcus iniae Infection

Icke-invasiv avbildning av det medfödda immun Response i en Zebrafish Larv Modell av<em&gt; Streptococcus iniae</em&gt; Infektion

The aquatic pathogen, Streptococcus iniae, is responsible for over 100 million dollars in annual losses for the aquaculture industry and is capable of ...