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脊椎インプラント感染症のin vivoマウスモデル
In vivo Mouse Model of Spinal Implant Infection.
PMID: 32658180 DOI: 10.3791/60560.
抄録
脊椎インプラント感染症は、診断が困難であり、外科的な根絶が機械的な脊椎の安定性とは相反するため、予後が悪いことが予想される。この方法の目的は、脊椎インプラント感染症の潜在的な治療法と治療戦略をテストするための安価で迅速かつ正確なin vivoツールを提供するために作成された脊椎インプラント感染症（SII）の新規マウスモデルを記述することである。この方法では、12週齢のC57BL/6J野生型マウスのL4棘突起にステンレススチール製のkワイヤーをトランスフェックスし、黄色ブドウ球菌Xen36細菌の生物発光株の1×10 CFUを接種した後アプローチ脊椎手術のモデルを提示する。マウスは、その後、縦方向に術後日0、1、3、5、7、10、14、18、21、25、28、および35に生体内の生物発光のためにイメージングされています。標準化された視野からの生物発光イメージング（BLI）信号は、生体内の細菌の負担を測定するために定量化されています。インプラントおよびインプラント周囲組織に付着した細菌を定量化するために、マウスを安楽死させ、インプラントおよび周囲の軟組織を採取する。超音波処理により細菌をインプラントから剥離し、一晩培養した後、コロニー形成単位（CFU）をカウントします。この方法から得られる結果は、in vivoのS. aureus生物発光（平均最大フラックス）と安楽死後のCFUカウントによって測定されるように縦方向の細菌数を含む。器具を用いた脊椎感染の先行動物モデルでは、侵襲的なex vivo組織分析が行われているが、本論文で紹介するSIIのマウスモデルは、静的な組織研究に代わるために、生物発光細菌の非侵襲的なリアルタイムのin vivo光学イメージングを活用している。このモデルの応用範囲は広く、代替の生物発光細菌株の利用、宿主の免疫応答を同時期に研究するための他のタイプの遺伝子操作マウスの組み込み、抗生物質やインプラントコーティングなどの現在の診断法や治療法の評価や調査などが含まれます。
Spine implant infections portend poor outcomes as diagnosis is challenging and surgical eradication is at odds with mechanical spinal stability. The purpose of this method is to describe a novel mouse model of spinal implant infection (SII) that was created to provide an inexpensive, rapid, and accurate in vivo tool to test potential therapeutics and treatment strategies for spinal implant infections. In this method, we present a model of posterior-approach spinal surgery in which a stainless-steel k-wire is transfixed into the L4 spinous process of 12-week old C57BL/6J wild-type mice and inoculated with 1 x 10 CFU of a bioluminescent strain of Staphylococcus aureus Xen36 bacteria. Mice are then longitudinally imaged for bioluminescence in vivo on post-operative days 0, 1, 3, 5, 7, 10, 14, 18, 21, 25, 28, and 35. Bioluminescence imaging (BLI) signals from a standardized field of view are quantified to measure in vivo bacterial burden. To quantify bacteria adhering to implants and peri-implant tissue, mice are euthanized and the implant and surrounding soft tissue are harvested. Bacteria are detached from the implant by sonication, cultured overnight and then colony forming units (CFUs) are counted. The results acquired from this method include longitudinal bacterial counts as measured by in vivo S. aureus bioluminescence (mean maximum flux) and CFU counts following euthanasia. While prior animal models of instrumented spine infection have involved invasive, ex vivo tissue analysis, the mouse model of SII presented in this paper leverages noninvasive, real time in vivo optical imaging of bioluminescent bacteria to replace static tissue study. Applications of the model are broad and may include utilizing alternative bioluminescent bacterial strains, incorporating other types of genetically engineered mice to contemporaneously study host immune response, and evaluating current or investigating new diagnostic and therapeutic modalities such as antibiotics or implant coatings.