Name: design and development of a model to study the effect of supplemental oxygen on the cystic fibrosis airway microbiome
Uploaded: 2021-08-03T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Development of a Model to Study the Effect of Supplemental Oxygen on the Cystic Fibrosis Airway Microbiome at JoVE.com

Parte de este trabajo se realizó en el Laboratorio de Biología Marina con el apoyo del Laboratorio de Biología Marina, DOE (DE-SC0016127), NSF (MCB1822263), HHMI (número de subvención 5600373) y una donación de la Fundación Simons.

Este estudio recibió la aprobación de la Junta de Revisión Institucional de Socios (Protocolo # 2018P002934). El criterio de inclusión incluyó pacientes adultos con fibrosis quística que dieron su consentimiento informado por escrito para el estudio. No había criterio de exclusión. De acuerdo con las pautas del protocolo, todas las muestras de esputo se recolectaron de pacientes con fibrosis quística durante una visita ambulatoria programada con su proveedor clínico.
1. Preparación de...

<ol>
	<li>Carmody, L. A., 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=Fluctuations+in+airway+bacterial+communities+associated+with+clinical+states+and+disease+stages+in+cystic+fibrosis.">Fluctuations in airway bacterial communities associated with clinical states and disease stages in cystic fibrosis.</a> PLoS One. 13 (3), 0194060 (2018).</li><li>Acosta, N., 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=Sputum+microbiota+is+predictive+of+long-term+clinical+outcomes+in+young+adults+with+cystic+fibrosis.">Sputum microbiota is predictive of long-term clinical outcomes in young adults with cystic fibrosis.</a> Thorax. 73 (11), 1016-1025 (2018).</li><li>Muhlebach, M. S., 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=Initial+acquisition+and+succession+of+the+cystic+fibrosis+lung+microbiome+is+associated+with+disease+progression+in+infants+and+preschool+children.">Initial acquisition and succession of the cystic fibrosis lung microbiome is associated with disease progression in infants and preschool children.</a> PLoS Pathogens. 14 (1), 1006798 (2018).</li><li>Zolin, A., Bossi, A., Cirilli, N., Kashirskaya, N., Padoan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cystic+fibrosis+mortality+in+childhood.+Data+from+European+cystic+fibrosis+society+patient+registry.">Cystic fibrosis mortality in childhood. Data from European cystic fibrosis society patient registry.</a> International Journal of Environmental Research and Public Health. 15 (9), (2018).</li><li>Ramos, K. 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=Heterogeneity+in+survival+in+adult+patients+with+cystic+fibrosis+with+FEV1+30%+of+predicted+in+the+United+States.">Heterogeneity in survival in adult patients with cystic fibrosis with FEV1 30% of predicted in the United States.</a> Chest. 30 (6), 1320-1328 (2017).</li><li>Ramos, K. 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=Predictors+of+non-referral+of+patients+with+cystic+fibrosis+for+lung+transplant+evaluation+in+the+United+States.">Predictors of non-referral of patients with cystic fibrosis for lung transplant evaluation in the United States.</a> Journal of Cystic Fibrosis. 15 (2), 196-203 (2016).</li><li>Girardis, 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=Effect+of+conservative+vs+conventional+oxygen+therapy+on+mortality+among+patients+in+an+intensive+care+unit:+The+Oxygen-ICU+randomized+clinical+trial.">Effect of conservative vs conventional oxygen therapy on mortality among patients in an intensive care unit: The Oxygen-ICU randomized clinical trial.</a> JAMA. 316 (15), 1583-1589 (2016).</li><li>Comstock, W. 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=The+WinCF+model+-+An+inexpensive+and+tractable+microcosm+of+a+mucus+plugged+bronchiole+to+study+the+microbiology+of+lung+infections.">The WinCF model - An inexpensive and tractable microcosm of a mucus plugged bronchiole to study the microbiology of lung infections.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (123), e55532 (2017).</li><li>Diraviam Dinesh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+sputum+medium.">Artificial sputum medium.</a> Protocol Exchange. , (2010).</li><li>Kirchner, S., 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=Use+of+artificial+sputum+medium+to+test+antibiotic+efficacy+against+Pseudomonas+aeruginosa+in+conditions+more+relevant+to+the+cystic+fibrosis+lung.">Use of artificial sputum medium to test antibiotic efficacy against Pseudomonas aeruginosa in conditions more relevant to the cystic fibrosis lung.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (64), e3857 (2012).</li><li>Grandjean Lapierre, S., 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=Cystic+fibrosis+respiratory+tract+salt+concentration:+An+Exploratory+Cohort+Study.">Cystic fibrosis respiratory tract salt concentration: An Exploratory Cohort Study.</a> Medicine. 96 (47), 8423 (2017).</li><li>Palmer, K. L., Aye, L. M., Whiteley, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutritional+cues+control+Pseudomonas+aeruginosa+multicellular+behavior+in+cystic+fibrosis+sputum.">Nutritional cues control Pseudomonas aeruginosa multicellular behavior in cystic fibrosis sputum.</a> Journal of Bacteriology. 189 (22), 8079-8087 (2007).</li><li>Van Sambeek, L., Cowley, E. S., Newman, D. K., Kato, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sputum+glucose+and+glycemic+control+in+cystic+fibrosis-related+diabetes:+a+cross-sectional+study.">Sputum glucose and glycemic control in cystic fibrosis-related diabetes: a cross-sectional study.</a> PLoS One. 10 (3), 0119938 (2015).</li><li>Flynn, J. M., Niccum, D., Dunitz, J. M., Hunter, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+and+role+for+bacterial+mucin+degradation+in+cystic+fibrosis+airway+disease.">Evidence and role for bacterial mucin degradation in cystic fibrosis airway disease.</a> PLoS Pathogens. 12 (8), 1005846 (2016).</li><li>Gallagher, T., 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=Liquid+chromatography+mass+spectrometry+detection+of+antibiotic+agents+in+sputum+from+persons+with+cystic+fibrosis.">Liquid chromatography mass spectrometry detection of antibiotic agents in sputum from persons with cystic fibrosis.</a> Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 65 (2), (2021).</li><li>Voynow, J. A., Rubin, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mucins,+mucus,+and+sputum.">Mucins, mucus, and sputum.</a> Chest. 135 (2), 505-512 (2009).</li><li>Sui, H. Y., 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=Impact+of+DNA+extraction+method+on+variation+in+human+and+built+environment+microbial+community+and+functional+profiles+assessed+by+shotgun+metagenomics+sequencing.">Impact of DNA extraction method on variation in human and built environment microbial community and functional profiles assessed by shotgun metagenomics sequencing.</a> Frontiers in Microbiology. 11, 953 (2020).</li><li>McIver, 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=bioBakery:+a+meta'omic+analysis+environment.">bioBakery: a meta'omic analysis environment.</a> Bioinformatics. 34 (7), 1235-1237 (2018).</li><li>Truong, D. T., 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=MetaPhlAn2+for+enhanced+metagenomic+taxonomic+profiling.">MetaPhlAn2 for enhanced metagenomic taxonomic profiling.</a> Nature Methods. 12 (10), 902-903 (2015).</li><li>Stammler, F., 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=Adjusting+microbiome+profiles+for+differences+in+microbial+load+by+spike-in+bacteria.">Adjusting microbiome profiles for differences in microbial load by spike-in bacteria.</a> Microbiome. 4 (1), 28 (2016).</li><li>Henke, M. O., Renner, A., Huber, R. M., Seeds, M. C., Rubin, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MUC5AC+and+MUC5B+mucins+are+decreased+in+cystic+fibrosis+airway+secretions.">MUC5AC and MUC5B mucins are decreased in cystic fibrosis airway secretions.</a> American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology. 31 (1), 86-91 (2004).</li><li>Henderson, A. G., 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=Cystic+fibrosis+airway+secretions+exhibit+mucin+hyper+concentration+and+increased+osmotic+pressure.">Cystic fibrosis airway secretions exhibit mucin hyper concentration and increased osmotic pressure.</a> Journal of Clinical Investigation. 124 (7), 3047-3060 (2014).</li><li>Matthews, L. W., Spector, S., Lemm, J., Potter, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+pulmonary+secretions.+I.+The+over-all+chemical+composition+of+pulmonary+secretions+from+patients+with+cystic+fibrosis,+bronchiectasis,+and+laryngectomy.">Studies on pulmonary secretions. I. The over-all chemical composition of pulmonary secretions from patients with cystic fibrosis, bronchiectasis, and laryngectomy.</a> American Review of Respiratory Disease. 88, 199-204 (1963).</li><li>Ibanez de Aldecoa, A. L., Zafra, O., Gonzalez-Pastor, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+and+regulation+of+extracellular+DNA+release+and+its+biological+roles+in+microbial+communities.">Mechanisms and regulation of extracellular DNA release and its biological roles in microbial communities.</a> Frontiers in Microbiology. 8, 1390 (2017).</li><li>Tunney, M. 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=Detection+of+anaerobic+bacteria+in+high+numbers+in+sputum+from+patients+with+cystic+fibrosis.">Detection of anaerobic bacteria in high numbers in sputum from patients with cystic fibrosis.</a> American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 177 (9), 995-1001 (2008).</li><li>Worlitzsch, D., 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=Effects+of+reduced+mucus+oxygen+concentration+in+airway+Pseudomonas+infections+of+cystic+fibrosis+patients.">Effects of reduced mucus oxygen concentration in airway Pseudomonas infections of cystic fibrosis patients.</a> Journal of Clinical Investigation. 109 (3), 317-325 (2002).</li></ol>

En este estudio, se desarrolló un modelo in vitro para estudiar el efecto de la hiperoxia en las comunidades microbianas pulmonares. Este modelo, basado en medio de esputo artificial y sparging diario de botellas de suero, mantiene concentraciones elevadas de oxígeno y apoya el crecimiento de microbios identificados en esputo de pwCF.
Hay varios pasos críticos de este enfoque. La primera es la elección de usar la esterilización por filtro en lugar de la esterilización por calor ...

La fibrosis quística (FQ) es una enfermedad genética caracterizada por una incapacidad para eliminar el moco espeso de los pulmones, lo que lleva a infecciones repetidas y disminución progresiva de la función pulmonar que a menudo resulta en la necesidad de un trasplante de pulmón o la muerte. El microbioma de las vías respiratorias de los pacientes con fibrosis quística (PTCF) parece rastrear la actividad de la enfermedad1,con una reducción de la diversidad microbiana asociada con resultados adversos a largo plazo2,3. En estudios clínicos de pwCF, la oxigenoterapia suplementaria se ha asociado con una enfermedad más avanzada4,5, aunque tradicionalmente, el uso de la oxigenoterapia se ha visto simplemente como un marcador de la gravedad de la enfermedad6. Estudios recientes de un ensayo clínico de pacientes con insuficiencia respiratoria han demostrado que los niveles más altos de oxígeno en los pacientes se asocian paradójicamente con un aumento de las infecciones bacterianas graves y una mayor mortalidad7,lo que sugiere que el oxígeno suplementario puede contribuir a la patogénesis de la enfermedad. El efecto del oxígeno suplementario sobre el microbioma pulmonar de la fibrosis quística y las comunidades microbianas pulmonares y respiratorias asociadas no se ha estudiado bien.
Los estudios mecanicistas a menudo no se pueden realizar directamente en sujetos humanos debido a dificultades logísticas y posibles problemas éticos asociados con intervenciones de beneficio o daño médico desconocido. Los enfoques traslacionales que integran bioespecímenes humanos en sistemas modelo pueden ofrecer importantes conocimientos biológicos en estos casos. Si bien la capacidad de usar o tolerar el oxígeno ha sido tradicionalmente un componente importante de la clasificación microbiana, se sabe poco sobre cómo la introducción terapéutica de oxígeno suplementario en el medio ambiente podría perturbar las comunidades microbianas de las vías respiratorias. Para arrojar luz sobre los efectos desconocidos del oxígeno suplementario en los microbiomas de las vías respiratorias de pwCF, necesitábamos abordar dos desafíos principales; primero, la creación de un medio de cultivo que se aproxime fisiológicamente a la composición del esputo cf; segundo, la creación de un sistema modelo que permita el mantenimiento de concentraciones elevadas de oxígeno en cultivo durante largos períodos de tiempo.
Los medios de esputo artificial (MAPE) se utilizan ampliamente para emular el esputo pulmonar ex vivo8,9,10,pero no hay un consenso claro sobre una receta específica. Este protocolo describe una receta de medio de esputo artificial y una estrategia de preparación cuidadosamente diseñada para aproximarse fisiológicamente al esputo de pwCF. La Tabla 1 describe los valores de la receta elegida en función de la literatura publicada. Los componentes químicos básicos y el pH se compararon con los valores identificados por los estudios de esputo de FQ humana11,12,13. Se añadieron nutrientes fisiológicos de baja concentración utilizando yema de huevo, que se incluyó como 0,25% del volumen final10,así como mezclas de vitaminas y metales traza14,15. La mucina, el componente clave del esputo16,se incluyó al 1% p/v14. Aunque requiere más mano de obra, se eligió la esterilización por filtro sobre la práctica más convencional de esterilización por calor para reducir los problemas potenciales de la desnaturalización inducida por el calor de los componentes esenciales de los medios10. Un beneficio adicional de la esterilización por filtro es que genera medios que son transparentes (la esterilización por calor puede crear medios turbios debido a la precipitación y coagulación de sales y proteínas), lo que permite que este medio de esputo artificial se utilice para seguir el crecimiento microbiano basado en aumentos en la turbidez.
Este sistema modelo para el cultivo hiperóxico se basa en técnicas de cultivo anaeróbico donde se agrega oxígeno en lugar de eliminarse, creando un modelo para el efecto del uso de oxígeno suplementario para pwCF. La Figura 1 y el protocolo de ahorro de oxígeno asociado describen los componentes de un sistema de ahorro de oxígeno, que se pueden obtener a bajo costo de proveedores generales de laboratorios y hospitales. Este sistema permite la mezcla de oxígeno comprimido y aire a concentraciones fijas que van desde el 21% hasta el 100% de oxígeno. La integración de un sensor de oxígeno permite verificar la concentración de la mezcla de gas de salida, así como verificar la composición del gas de salida de las botellas de suero previamente escasas para verificar que las condiciones de oxígeno se hayan mantenido dentro del rango deseado.
Este protocolo describe los procedimientos para crear un medio de esputo artificial, la construcción y el uso de un sistema de ahorro de oxígeno y la aplicación de ambos para cultivar esputo cf en condiciones diferenciales de oxígeno.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>BME Vitamins (100x) Solution</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>B6891</td>
			<td>Concentrated solution of supplemental vitamins.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crimper, 30 mm</td>
			<td>DWK Life Sciences</td>
			<td>224307</td>
			<td>Crimper for attaching aluminum seals to serum bottles.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D-(+)-Glucose</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>G7021</td>
			<td>Solid glucose powder (dextrorotatory isomer).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diaphragm Pump ME 2 NT</td>
			<td>VACUUBRAND</td>
			<td>20730003</td>
			<td>Vacuum pump for vacuum filtration.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Egg Yolk Emulsion</td>
			<td>HiMedia</td>
			<td>FD045</td>
			<td>Sterile emulsion of 30% egg yolk in saline.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ferritin, Cationized from Horse Spleen</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>F7879</td>
			<td>Ferritin (iron-storage protein) solution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FIREBOY plus Safety Bunsen Burner</td>
			<td>Integra Biosciences</td>
			<td>144000</td>
			<td>Bunsen burner with user interface and safety features.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrion pH Paper (1.0&#8211;14.0)</td>
			<td>Micro Essential Laboratory</td>
			<td>94</td>
			<td>pH testing paper for the range of 1.0&#8211;14.0.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrion pH Paper (4.0&#8211;9.0)</td>
			<td>Micro Essential Laboratory</td>
			<td>55</td>
			<td>pH testing paper for the range of 4.0&#8211;9.0.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrion pH Paper (6.0&#8211;8.0)</td>
			<td>Micro Essential Laboratory</td>
			<td>345</td>
			<td>pH testing paper for the range of 6.0&#8211;8.0.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hypodermic Needle-Pro EDGE Safety Device, 18 G</td>
			<td>Smiths Medical</td>
			<td>401815</td>
			<td>18 G needles with safety caps.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>In-Line Pressure Gauge</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>20469</td>
			<td>Gas pressure gauge for monitoring bottle pressure.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Innova 42 Incubated Shaker</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>2231000756</td>
			<td>Combination incubator/orbital shaker.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer-Lok Syringe with Attached Needle</td>
			<td>Becton Dickinson</td>
			<td>309580</td>
			<td>Combination 3 mL syringe and 18 G needle.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luer Valve Assortment</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>14011</td>
			<td>Valves for gas flow tubing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LSE Orbital Shaker</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>6780-NP</td>
			<td>Orbital shaker to agitate media during filtration.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Sulfate Heptahydrate</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>M2773</td>
			<td>Solid epsom salt (magnesium sulfate heptahydrate).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical Air Single Stage Regulator with Flowmeter</td>
			<td>Western Enterprises</td>
			<td>M1-346-15FM</td>
			<td>Air flow rate regulator with 15 L/min meter.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEM Amino Acids (50x) Solution</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>M5550</td>
			<td>Concentrated solution of essential amino acids.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEM Non-Essential Amino Acids (100x) Solution</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>M7145</td>
			<td>Concentrated solution of non-essential amino acids.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millex-GP Filter, 0.22 &#181;m</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>SLMP25SS</td>
			<td>0.22 &#181;m polyethersulfone membrane sterile syringe filter.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Milli-Q Academic</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>ZMQS60E01</td>
			<td>Milli-Q sterile water filtration system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MiniOX 3000 Oxygen Monitor</td>
			<td>MSA</td>
			<td>814365</td>
			<td>Gas flow oxygen percentage monitor.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MOPS Buffer (1 M, pH 9.0)</td>
			<td>Boston BioProducts</td>
			<td>BBM-90</td>
			<td>MOPS buffer for adjusting media pH.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mucin from Porcine Stomach</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>M2378</td>
			<td>Mucin (glycosylated gel-forming protein) powder.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Natural Polypropylene Barbed Fitting Kit</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>72-1413</td>
			<td>Connectors for gas flow tubing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nextera XT DNA Library Preparation Kit</td>
			<td>Illumina</td>
			<td>FC-131-1096</td>
			<td>Library preparation for identification during sequencing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NovaSeq 6000 Sequencing System</td>
			<td>Illumina</td>
			<td>770-2016-025-N</td>
			<td>Shotgun sequencing platform for generating sample reads.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Single Stage Regulator with Flowmeter</td>
			<td>Western Enterprises</td>
			<td>M1-540-15FM</td>
			<td>Oxygen flow rate regulator with 15 L/min meter.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygen Tubing with 2 Standard Connectors</td>
			<td>SunMed</td>
			<td>2001-01</td>
			<td>Tubing for connecting gas system components.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline, 10x, pH 7.4</td>
			<td>Molecular Biologicals International</td>
			<td>MRGF-6235</td>
			<td>Concentrated phosphate-buffered saline solution.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PC 420 Hot Plate/Stirrer</td>
			<td>Marshall Scientific</td>
			<td>CO-PC420</td>
			<td>Combination hot plate/stirrer.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>P9541</td>
			<td>Solid potassium chloride salt.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE Disposable Stir Bars</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>14-513-95</td>
			<td>Disposable magnetic stir bars.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE Thread Seal Teflon Tape</td>
			<td>VWR</td>
			<td>470042-938</td>
			<td>Teflon tape for reinforcing gas system connections.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q-Gard 2 Purification Cartridge</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>QGARD00D2</td>
			<td>Purification cartridge for Milli-Q system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reusable Media Storage Bottles</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>06-423A</td>
			<td>Bottles for mixing and storing culture media.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rubber Stopper, 30 mm, Gray Bromobutyl</td>
			<td>DWK Life Sciences</td>
			<td>224100-331</td>
			<td>Rubber stoppers for serum bottles.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serum Bottle with Molded Graduations, 500 mL</td>
			<td>DWK Life Sciences</td>
			<td>223952</td>
			<td>Glass serum bottles for sealed culturing.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small Bore Extension Set</td>
			<td>Braun Medical</td>
			<td>471960</td>
			<td>Tubing extension with luer lock connectors.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>S3014</td>
			<td>Solid sodium chloride salt.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spike-in Control I (High Microbial Load)</td>
			<td>ZymoBIOMICS</td>
			<td>D6320</td>
			<td>Spike-in microbes (I. halotolerans and A. halotolerans) for absolute microbial load calculations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stericup Quick Release Sterile Vacuum Filtration System</td>
			<td>MilliporeSigma</td>
			<td>S2GPU02RE</td>
			<td>250 mL 0.22 &#181;m vacuum filtration chamber.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Super Sani-Cloth Germicidal Disposable Wipes</td>
			<td>Professional Disposables International</td>
			<td>H04082</td>
			<td>Disposable germicidal wipes for sterilization.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trace Metals Mixture, 1000x</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>NC0112668</td>
			<td>Concentrated solution of physiological trace metals.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Unlined Aluminum Seal, 30 mm</td>
			<td>DWK Life Sciences</td>
			<td>224187-01</td>
			<td>Aluminum seals crimped over top of rubber stoppers.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USP Medical Grade Air Tank</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>AI USP200</td>
			<td>Compressed air tank for input to sparging system.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USP Medical Grade Oxygen Tank</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>OX USP200</td>
			<td>Compressed oxygen tank for input to sparging system.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and development of a model to study the effect of supplemental oxygen on the cystic fibrosis airway microbiome

Se cree que las comunidades microbianas de las vías respiratorias desempeñan un papel importante en la progresión de la fibrosis quística (FQ) y otras enfermedades pulmonares crónicas. Los microbios se han clasificado tradicionalmente en función de su capacidad para usar o tolerar el oxígeno. El oxígeno suplementario es una terapia médica común administrada a personas con fibrosis quística (pwCF); sin embargo, los estudios existentes sobre el oxígeno y el microbioma de las vías respiratorias se han centrado en cómo la hipoxia (bajo nivel de oxígeno) en lugar de la hiperoxia (alto contenido de oxígeno) afecta a las comunidades microbianas pulmonares anaeróbicas predominantemente aeróbicas y facultativas. Para abordar esta brecha crítica de conocimiento, este protocolo se desarrolló utilizando un medio de esputo artificial que imita la composición del esputo de pwCF. El uso de la esterilización por filtro, que produce un medio transparente, permite que los métodos ópticos sigan el crecimiento de microbios unicelulares en cultivos en suspensión. Para crear condiciones hiperóxicas, este sistema modelo aprovecha las técnicas de cultivo anaeróbico establecidas para estudiar las condiciones hiperóxicas; en lugar de eliminar el oxígeno, el oxígeno se agrega a los cultivos mediante el sparging diario de botellas de suero con una mezcla de oxígeno comprimido y aire. El esputo de 50 pwCF se sometió a un sparging diario durante un período de 72 horas para verificar la capacidad de este modelo para mantener condiciones diferenciales de oxígeno. La secuenciación metagenómica con escopeta se realizó en muestras de esputo cultivadas y no cultivadas de 11 pwCF para verificar la capacidad de este medio para apoyar el crecimiento de microbios comensales y patógenos que se encuentran comúnmente en el esputo de fibrosis quística. Se obtuvieron curvas de crecimiento a partir de 112 aislamientos obtenidos de pwCF para verificar la capacidad de este medio de esputo artificial para apoyar el crecimiento de patógenos comunes de fibrosis quística. Encontramos que este modelo puede cultivar una amplia variedad de patógenos y comensales en el esputo cf, recupera una comunidad muy similar al esputo no cultivado en condiciones normóxicas y crea diferentes fenotipos de cultivo en condiciones variables de oxígeno. Este nuevo enfoque podría conducir a una mejor comprensión de los efectos imprevistos inducidos por el uso de oxígeno en pwCF en las comunidades microbianas de las vías respiratorias y los patógenos respiratorios comunes.

Estos protocolos se aplicaron a 50 muestras de esputo expectorado de pwCF que se presentaron para atención de rutina a una clínica ambulatoria de fibrosis quística en el Hospital General de Massachusetts en Boston, Massachusetts. El esputo de cada paciente se cultivó bajo condiciones de oxígeno al 21%, 50% y 100% utilizando el medio de esputo artificial, con 0,5 ml de alícuotas tomadas de cada cultivo a las 24 h, 48 h y 72 h de tiempo de cultivo para la prueba. Las culturas fueron fotografiadas cuando se hicieron e...

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Design and Development of a Model to Study the Effect of Supplemental Oxygen on the Cystic Fibrosis Airway Microbiome

El objetivo de este protocolo es desarrollar un sistema modelo para el efecto de la hiperoxia en las comunidades microbianas de las vías respiratorias de la fibrosis quística. El medio de esputo artificial emula la composición del esputo, y las condiciones de cultivo hiperóxico modelan los efectos del oxígeno suplementario en las comunidades microbianas pulmonares.

Diseño y desarrollo de un modelo para estudiar el efecto del oxígeno suplementario en el microbioma de las vías respiratorias de la fibrosis quística

Airway microbial communities are thought to play an important role in the progression of cystic fibrosis (CF) and other chronic pulmonary diseases. ...

Estos protocolos están diseñados para modelar los efectos in vitro del uso de oxígeno suplementario en el microbioma pulmonar de pacientes con fibrosis quística. Esta receta de medios está diseñada para reflejar la composición fisiológica del esputo para las personas que viven con fibrosis quística. El proceso de sparging introduce la capacidad de cultivo bajo diferentes condiciones de oxígeno.Las alteraciones en el medio de esputo artificial le permiten imitar otras enfermedades pulmonares crónicas y modelar comunidades microbianas en otras condiciones, como diferentes concentraciones de glucosa en pacientes con fibrosis quística y diabetes concurrentes. Una descripción general de los pasos para la preparación del medio de esputo artificial muestra la mezcla de los ASCM, ASMM y ASBM preparados. El tampón de fregonas se utiliza para ajustar el pH a 6.3 y la esterilización por filtro del medio se lleva a cabo en una cámara frigorífica en un agitador orbital.Para empezar, prepare un medio de esputo artificial agregando 250 mililitros de ASCM a la botella de un litro que contiene ASMM. Luego agregue 250 mililitros de ASBM a la botella mediana. Valore el medio con un tampón básico de fregonas de un molar para alcanzar un pH de 6.3 en un papel de pH.Refrigere el medio de esputo artificial a cuatro grados centígrados hasta la filtración. Luego, para iniciar el proceso de filtración, transfiera 200 mililitros de medio de esputo artificial sin filtrar a un sistema de filtración al vacío con un filtro de tamaño de poro de 0.22 micrómetros. Después de conectar el sistema de filtración a la bomba de vacío, encienda la bomba de vacío, luego coloque la cámara en un agitador orbital, agitando a 90 rotaciones por minuto en una cámara frigorífica a cuatro grados centígrados.Cambie el filtro después de que se filtren 350 mililitros de medio para superar el problema de obstrucción. Después de filtrar una cantidad considerable, a un medio adicional de 150 mililitros para la filtración. Repita la filtración con cámaras adicionales hasta que se filtren todos los medios.Descripción general del ahorro de oxígeno que demuestra la adición de esputo del paciente al medio de esputo artificial en una botella de suero en autoclave. A continuación, esparce la botella de suero sellada con una mezcla de gases. Finalmente, se incuba el frasco de suero para obtener el cultivo de Alec Watts en el intervalo de 24 horas para su posterior secuenciación metagenómica.Para comenzar el cultivo de botellas séricas, etiquete las botellas de suero en autoclave de 500 mililitros con identificadores de muestra, fecha y hora de inoculación y porcentaje de oxígeno objetivo. En una campana biológica, agregue 24 mililitros del medio de esputo artificial a cada botella de suero que se esté configurando. Para obtener un volumen de muestra suficiente para cada condición de cultivo, si es necesario, diluya la muestra con solución salina tamponada con fosfato estéril, luego homogeneice el esputo con una aguja de calibre 18 y agregue un mililitro del esputo del paciente a cada frasco de suero.A continuación, con pinzas estériles, coloque los tapones de goma en autoclave en la parte superior de cada botella de suero, presione los tapones de goma sin tocar la parte inferior del tapón. Después de retirar las botellas de la campana, aplique y engarce los sellos de aluminio. Retire la pieza central de los sellos y limpie la parte superior de las botellas con una toallita con alcohol y pase el sello de la botella a través de una llama de quemador Bunsen.Ahora fije una aguja estéril de calibre 18 a una jeringa de lista de émbolo con un filtro, inserte primero la jeringa de liberación de gas fijada en la botella. Ahora fije una aguja estéril de calibre 18 a la salida de gas del sistema e inserte la aguja de salida de gas en la botella también. Dirija las uniones T desde los tanques a través del monitor de oxígeno.Después de verificar la concentración de oxígeno objetivo que fluye a través del sistema, apunte aproximadamente cinco litros por minuto de flujo de gas. Desvíe las uniones T desde los tanques hasta la salida de gas. A medida que el gas comienza a fluir a través de la botella de suero, preste mucha atención al manómetro y, si la presión aumenta inesperadamente, apague el sistema de inmediato.Después de correr, el oxígeno pasa a través de la botella de suero durante un minuto a cinco litros por minuto, los ajustes permiten 10 intercambios de aire y aseguran que la atmósfera interna alcance la concentración deseada de 100% de oxígeno. Retire la aguja de liberación de gas, calibre 18. Después de permitir que la presión en la botella de suero se acumule en una atmósfera, retire inmediatamente la aguja de salida de gas.Incubar los frascos de suero en un agitador de incubadora de 37 grados Celsius a 150 rotaciones por minuto durante intervalos de 3, 24 horas. Alec Watts se toman en cada intervalo de 24 horas para el análisis aguas abajo y las muestras se vuelven a analizar cada vez. El ejemplo aquí muestra cómo puede ser un cultivo antes y después de la incubación.Los niveles de oxígeno y pH de salida se midieron en el transcurso del proceso de cultivo para muestras de esputo mantenidas a 37 grados centígrados. Con ambos intervalos de ahorro de 12 horas y 24 horas, las concentraciones de oxígeno se mantuvieron aproximadamente a lo largo del tiempo con una caída moderada en la concentración de oxígeno observada para las tres afecciones. Los niveles de pH medidos estaban dentro del rango fisiológico sin cambios significativos a lo largo del tiempo.La comparación de la carga microbiana, la diversidad y la composición de la comunidad entre el esputo no cultivado y cultivado reveló un aumento de 20 veces en la carga microbiana en el esputo cultivado. Las métricas de diversidad indicaron la preservación de la composición de la comunidad con diferencias globales mínimas introducidas por el proceso cultural. El análisis comparativo de las 120 especies microbianas en esputo cultivado y no cultivado se realizó mediante secuenciación metagenómica.46 de estas especies fueron identificadas tanto en muestras no cultivadas como cultivadas. Mientras que 35 se identificaron exclusivamente en muestras no cultivadas y 39 se identificaron exclusivamente en muestras cultivadas. Se generaron curvas de crecimiento basadas en absorbentes para patógenos pulmonares comunes de la FQ cultivados en medios artificiales de esputo a partir de aislados de muestras de pacientes bajo una concentración normal de oxígeno del 21%.Ningún cambio a lo largo del tiempo en la densidad óptica a 600 nanómetros en la MAPE solo el control negativo indicó un cultivo libre de contaminación. Los patrones típicos de la curva de crecimiento observados indican que el medio ASM se puede utilizar para la generación de curvas de crecimiento utilizando métodos ópticos. La secuenciación metagenómica se utiliza aquí para describir la composición de la comunidad microbiana.Otras técnicas como la secuenciación metatranscriptómica se pueden utilizar para evaluar la expresión génica o la metabolómica para evaluar la producción de metabolitos.

Research

JoVE Journal

Medicine

Orthotopic Aortic Transplantation: A Rat Model to Study the Development of Chronic Vasculopathy

Trasplante ortotópico aórtica: un modelo de rata para estudiar el desarrollo de la enfermedad vascular crónica

Research models of chronic rejection are essential to investigate pathobiological and pathophysiological processes during the development of transplant ...

Investigación

Medicina

Biomarkers in an Animal Model for Revealing Neural, Hematologic, and Behavioral Correlates of PTSD

Biomarcadores en un modelo animal para Revelar correlatos neurales, hematológicas y conductuales de estrés postraumático

Identification of biomarkers representing the evolution of the pathophysiology of Post Traumatic Stress Disorder (PTSD) is vitally important, not only for ...

The Dimethylnitrosamine Induced Liver Fibrosis Model in the Rat

La fibrosis hepática Modelo dimetilnitrosamina inducida en la rata

Four to six week old, male Wistar rats were used to produce animal models of liver fibrosis. The process requires four weeks of administration of 10 mg/kg ...

Topical Airway Anesthesia for Awake-endoscopic Intubation Using the Spray-as-you-go Technique with High Oxygen Flow

Tópica de la vía aérea La anestesia para la intubación despierto-endoscópica de usar el spray-as-you-go Técnica con alto caudal de oxígeno

A patient&#39;s willingness to cooperate is an absolute precondition for successful awake intubation of the trachea. Whilst drug-sedation of patients can ...

A Primary Human Trophoblast Model to Study the Effect of Inflammation Associated with Maternal Obesity on Regulation of Autophagy in the Placenta

Un modelo de trofoblasto humano primario para estudiar el efecto de la inflamación asociado con obesidad materna sobre la regulación de la autofagia en la Placenta

Maternal obesity is associated with an increased risk of adverse perinatal outcomes that are likely mediated by compromised placental function that can be ...

Generation of Human Nasal Epithelial Cell Spheroids for Individualized Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator Study

Generación de células epiteliales nasales humanas esferoides para estudio de regulador de conductancia de la transmembrana individualizada la Fibrosis quística

While the introduction of Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator (CFTR) modulator drugs has revolutionized care in Cystic Fibrosis (CF), the ...

Isometric Contractility Measurement of the Mouse Mesenteric Artery Using Wire Myography

Medición de la contractilidad isométrica de la arteria mesentérica de ratón con cable miografía

The wire myograph technique is used to assess the contractility of vascular smooth muscles in response to depolarization, GPCR agonists/inhibitors and ...

A Murine Model of Fetal Exposure to Maternal Inflammation to Study the Effects of Acute Chorioamnionitis on Newborn Intestinal Development

Un modelo murino de exposición fetal a la inflamación materna para estudiar los efectos de la coleamnionitis aguda en el desarrollo intestinal neonatal