Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Mostriamo un metodo per isolare con successo organismi meticolari e anaerobi dai tratti del seno cutaneo (tunnel) nei tessuti asportati da pazienti con idrosadenite suppurativa.
L'idrosadenite suppurativa (HS) è una condizione debilitante caratterizzata da noduli e ascessi dolorosi, che progredisce verso i tratti sinusali (tunnel) all'interno degli strati dermici della pelle, causando disagio significativo, secrezioni maleodoranti, deturpazioni, contratture e cicatrici, che riducono gravemente la qualità della vita. L'HS è associata ad alterazioni del microbioma cutaneo, influenzando la regolazione immunitaria e la difesa della pelle contro i batteri nocivi. Nonostante la sua prevalenza, il contributo del microbioma HS alla patologia della malattia e la limitata risposta al trattamento rimangono in gran parte sconosciuti. Ad oggi, diversi studi di sequenziamento dell'rRNA 16S sul tessuto HS hanno raggiunto solo la granularità a livello di genere, identificando un aumento degli anaerobi Gram-negativi e una diminuzione dei commensali cutanei. Una comprensione più profonda della disbiosi microbica negli individui con HS è essenziale per ottimizzare le strategie di trattamento. Ciò richiede un duplice approccio alla valutazione del microbioma HS, compreso l'isolamento delle specie batteriche, che sono spesso sottoutilizzate negli studi traslazionali incentrati sui disturbi della pelle. L'isolamento di singoli microrganismi dal tessuto HS è fondamentale per chiarire il ruolo dei batteri nella patogenesi dell'HS. Qui, evidenziamo i metodi riproducibili per isolare con successo i patogeni anaerobi dal tessuto del tunnel HS, fornendo il passo iniziale e più critico nella comprensione del ruolo batterico nell'HS. Questo metodo apre la strada a una ricerca mirata sui contributi microbici all'HS e allo sviluppo di strategie di trattamento più efficaci e personalizzate che affrontano il complesso carico microbico di questa condizione cronica.
L'idrosadenite suppurativa (HS) è una condizione dermatologica comune caratterizzata da noduli e ascessi che progrediscono verso i tratti sinusali (tunnel) formati all'interno degli strati dermici e sottocutanei della pelle, causando dolore significativo, producendo secrezioni purulente, deturpazione e sequele psicosociali debilitanti 1,2. L'HS colpisce in modo sproporzionato le donne e gli individui con pelle di colore, che emerge tipicamente nella tarda adolescenza o nella prima età adulta2. I gravi sintomi fisici della condizione sono aggravati dal suo profondo impatto psicosociale, tra cui depressione, ansia e isolamento sociale, che possono ridurre gravemente la qualitàdella vita. I tunnel HS formati allo stadio avanzato della malattia riducono significativamente le probabilità di risposta dei pazienti alla terapia biologica attualmente approvata e l'escissione chirurgica rimane l'unico approccio terapeutico 4,5.
Diversi studi hanno caratterizzato il microbioma associato ai tunnel HS, mostrando una prevalenza di patogeni anaerobi e una ridotta abbondanza di commensali cutanei 6,7,8, con studi recenti che identificano Porphyromonas spp. (tipo I) e Prevotella spp. (IV) nei tunnel, tra gli altri generi9. Un altro studio ha rilevato variazioni nel microbioma HS in base alla profondità del campionamento tissutale, confermando l'unicità della composizione microbica nel tessuto tunnel10. Inoltre, è stato dimostrato che la disbiosi influenza la risposta immunitaria nell'HS, implicando ulteriormente il ruolo dei microbi nella patogenesi della malattia 11,12,13,14. Sebbene sia in uso un trattamento antibiotico sistemico prolungato con clindamicina, rifampicina e tetracicline e abbia mostrato una riduzione del numero di tunnel di drenaggio nei pazienti affetti15,16, i dati sui patogeni anaerobi resistenti agli antibiotici nell'HS rimangono sconosciuti. Finora, non è stato riportato l'isolamento di ceppi batterici dai tunnel HS, limitando gli studi su nuovi trattamenti antimicrobici e la valutazione approfondita del contributo dei patogeni alla patogenesi della malattia. La standardizzazione dei metodi per l'isolamento dei patogeni non solo faciliterebbe una vera comprensione del ruolo batterico nella patogenesi dell'HS, ma consentirebbe anche la traduzione verso interventi più mirati e migliorati.
Qui, evidenziamo un metodo per isolare con successo i microrganismi dal tessuto del tunnel HS. L'isolamento delle singole specie batteriche è un passo iniziale cruciale per comprendere il loro ruolo nella patologia dell'HS. Questo metodo apre la strada a una ricerca mirata sui contributi microbici all'HS e allo sviluppo di strategie di trattamento più efficaci e personalizzate che affrontano i patogeni batterici in questa condizione cronica.
Questo protocollo è stato approvato dall'Institutional Review Board (IRB) dell'Università di Miami (protocollo #20200187). Il consenso informato viene ottenuto dai pazienti (n = 18, età media ± deviazione standard = 30,9 ± 9,4, 12 femmine, 6 maschi) con diagnosi di tunnel HS e/o dai loro tutori legali prima della procedura dopo una precedente discussione della ricerca per consentire di affrontare eventuali dubbi o domande.
1. Raccolta del campione del paziente
2. Lavorazione della pelle HS
In questo studio, descriviamo un protocollo per l'isolamento e la caratterizzazione di batteri anaerobi da tunnel HS. Questo protocollo è nuovo e notevole per la creazione del potenziale per testare la funzione e la virulenza di questi batteri utilizzando modelli di infezione cutanea in vitro, ex vivo e in vivo per aumentare la nostra comprensione del contributo microbico alla patogenesi dell'HS. In primo luogo, abbiamo identificato i tunnel dalla pelle resecata sondeggiandoli con una pinza sterile (Figura 1A). Abbiamo distinto i tunnel dai noduli e dagli ascessi, poiché questi ultimi non si collegano sotto la superficie della pelle. Prelevare biopsie punch a tutto spessore da 6 mm attraverso tunnel e conservarle in condizioni anaerobiche per colture batteriche utilizzando l'agar LKV per la selezione prevalente di batteri Gram-negativi, come Porphyromonas sp. e Prevotella sp. Le piastre di agar TSA II 5% SB consentono la crescita di batteri Gram-negativi e Gram-positivi, tra cui Peptoniphilus sp. e Streptococcus Sp. Le colonie risultanti sono distinte per morfologie, inclusi diversi colori (ad esempio, nero, giallo, bianco, ecc.), dimensioni e trasparenza, con o senza zona di emolisi (Figura 1B). Le colonie che crescono entro 3 giorni hanno meno probabilità di rappresentare anaerobi facoltativi e di solito includono specie di Staphylococcus e Corynebacterium . Gli anaerobi possono comparire dopo 7-14 giorni di crescita, presentandosi solitamente con colonie molto piccole, pigmentate o traslucide. Pertanto, le colonie che compaiono precocemente dopo la placcatura iniziale entro 2-4 giorni possono essere caratterizzate e conservate, ma di solito si tratta di specie non rappresentative del microbioma tunnel-specifico e sono frequentemente isolate dalla pelle superficiale e dai noduli distinti dal tunnel. Le specie anaerobi rappresentative obbligatorie e facoltative isolate e classificate mediante sequenziamento di ampliconi includevano Prevotella sp, Peptoniphilus sp, Porphyromonas sp, Streptococcus anginosus, Staphylococcus lugdunensis, Parvimonas micra, Proteus mirabillis e Actinotignum schaalii. Anche l'isolamento dei batteri dalla cute HS che non coinvolge strutture a tunnel (lontano dal tunnel) è importante in quanto può individuare le differenze in entrambe le fonti tissutali e facilitare la selezione di batteri specifici per il tunnel. È importante sottolineare che il controllo della sterilità della procedura è essenziale e non dovrebbe produrre alcuna crescita.
L'istologia è servita anche come verifica dei tunnel clinicamente identificati, poiché la morfologia dell'HS è complessa e altamente variabile anche all'interno dei singoli campioni18. L'istologia a tunnel ha mostrato un'epitelizzazione variabile nel lume che, quando presente, assomigliava all'epitelio superficiale sovrastante, in linea con la letteratura precedentemente descritta12 (Figura 3). Il materiale ricco di cheratina è stato trovato anche nel lume, che può fungere da superficie per l'attacco batterico, insieme a un denso infiltrato infiammatorio, che riflette una robusta infiammazione, un segno distintivo dei tunnel HS12. In alcuni campioni, è stato visualizzato anche l'epitelio tunnel, che appare come chiazze di tessuto ispessito lungo il lume. La raccolta di più punzoni a tutto spessore da 8 mm è stata fattibile e ha fornito una valutazione istologica rappresentativa, in quanto ha permesso di catturare l'intero tunnel e le strutture circostanti (Figura 3).
Figura 1: Isolamento di ceppi microbici da tunnel HS. (A) Un tunnel è stato identificato nel campione di pelle mediante sondaggio con pinza sterile. (B) Vengono mostrate piastre di agar sanguigno rappresentative, striate dal tessuto del tunnel trasportato in una fiala di trasporto anaerobico. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Elettroforesi su gel di amplicone di rDNA 16S rappresentativo. I campioni 1-6 rappresentano prodotti 16S rDNA PCR da colonie batteriche distinte analizzate mediante elettroforesi su gel, con ogni corsia corrispondente a una colonia unica. Il controllo negativo non contiene DNA, confermando la specificità della reazione PCR. La presenza di specifiche bande di rDNA 16S indica il successo dell'amplificazione dalle colonie batteriche. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Istologia rappresentativa che mostra il tunnel epitelizzato. La linea tratteggiata nera delinea il lume del tunnel; la linea tratteggiata bianca delinea l'epitelio del tunnel; La linea blu indica la membrana basale tra la pelle, l'epidermide superficiale e il derma. Barra della scala = 500 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
In questo studio, presentiamo un nuovo metodo per isolare e mantenere i batteri che colonizzano i tunnel HS. Questo metodo riproducibile non solo consentirà una caratterizzazione approfondita dei ceppi presenti in queste strutture patologiche, ma consentirà anche successivi studi funzionali che esploreranno il ruolo di specifici microbi nella patogenesi dell'HS. Le fasi critiche del protocollo includono la raccolta e il trasporto dei tessuti in mezzi anaerobici, che facilita la conservazione di microrganismi fastidiosi vitali dai tunnel HS. Come per qualsiasi studio, permangono limitazioni, comprese quelle associate alle procedure chirurgiche, come l'uso di disinfettanti cutanei e l'anestesia locale, che possono avere un impatto sul microbioma del tessuto, così come le varie esposizioni ambientali dei pazienti, le pratiche igieniche, i farmaci, la gravità della malattia e le comorbidità19. Inoltre, riconoscendo che il calore generato durante la procedura laser potrebbe influire sulla vitalità microbica, i batteri sono stati isolati dal tessuto HS lontano dal sito di escissione, evitando il potenziale effetto sulla composizione del microbioma. I pazienti con HS sono anche frequentemente trattati con antibiotici topici e/o sistemici, nonché con farmaci immunosoppressori che possono influenzare la colonizzazione cutanea20. Questi fattori rendono ancora più importante la standardizzazione nella raccolta e nell'elaborazione dei campioni18. Riconosciamo anche che una certa percentuale di batteri non è coltivabile. Tuttavia, i protocolli sono ottimizzati per isolare le specie più rappresentative identificate negli studi sul microbioma HS. I nostri risultati sono in linea con i precedenti studi sul microbioma sui tunnel HS 6,7,8, poiché i batteri dei tunnel HS isolati in questo studio includevano Prevotella sp, Peptoniphilus sp, Porphyromonas sp, Staphylococcus lugdunensis, Streptococcus anginosus, Parvimonas micra, Proteus mirabillis e Actinotignum schaalii. Inoltre, il tessuto conservato per l'isolamento del DNA potrebbe essere utilizzato per la convalida mediante studi sul microbioma, sia con approccio metagenomico che con sequenziamento di ampliconi. Con questo approccio standardizzato, speriamo anche di migliorare la raccolta dei tessuti e la riproducibilità dei futuri studi sul microbioma nell'HS.
Il metodo descritto pone le basi per approfondire la nostra comprensione dei contributi dei patogeni HS a vari aspetti della patogenesi della malattia, compresi gli studi di interazione ospite-patogeno. Studi recenti hanno caratterizzato la risposta dei cheratinociti umani ai ceppi di ATCC disponibili in commercio da specie predominanti identificate in HS 12,13. Tuttavia, i ceppi di ATCC utilizzati sono stati isolati dall'espettorato, dalle lesioni cervico-facciali e dagli empiemi, piuttosto che dal tessuto HS, evidenziando la necessità di modelli HS più affidabili che imitino la condizione umana, in particolare quelli che rappresentano i tunnel HS21. Questo metodo rende anche possibile l'accumulo di ceppi batterici isolati dai tunnel HS, il che ha il potenziale per facilitare test funzionali su larga scala e chiarire i ruoli dei patogeni nello sviluppo e nella progressione dei tunnel HS. È importante sottolineare che l'isolamento dei patogeni del tunnel consente anche un'ulteriore valutazione della suscettibilità antimicrobica e della prevalenza della resistenza agli antibiotici, che è nota nel contesto dell'uso frequente di antibiotici topici e sistemici come la doxiciclina e la clindamicina per il trattamento delle riacutizzazioni della malattia22. I patogeni del tunnel possono anche contribuire alla risposta variabile del paziente alla terapia biologica14. Pertanto, esiste un grande potenziale traslazionale per gli studi che utilizzano i patogeni del tunnel HS, compresa l'ottimizzazione della selezione della terapia e lo sviluppo di trattamenti specifici per i patogeni per limitare l'uso degli antibiotici, riducendo così il rischio di resistenza agli antibiotici. Inoltre, l'analisi della composizione del microbioma nell'HS può consentire miglioramenti negli strumenti diagnostici e prognostici per valutare la progressione della malattia e i rischi di recidiva. In sintesi, abbiamo presentato un metodo pratico e riproducibile per isolare e mantenere i batteri dai tunnel HS per ulteriori studi di caratterizzazione e funzionali.
Gli autori non segnalano alcun conflitto di interessi.
Questo lavoro è stato sostenuto da R01AR083385 (IP, MTC, HLT), P50MD017347 (TG, IP, HLT) e dalla sovvenzione di ricerca HS Foundation Danby (TG). Questo lavoro è stato inoltre supportato dalla sovvenzione NIH 1S1OD023579-01 per la casa dello scanner per vetrini VS120 presso la Miller School of Medicine Analytical Imaging Core Facility dell'Università di Miami.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
6mm punch biospy | INTEGRA | 33-36 | Other suppliers can be used |
8mm punch biospy | INTEGRA | 33-37 | Other suppliers can be used |
Agarose | Sigma Aldrich | A9539 | Other suppliers can be used |
Anaerobic Chambers | BD | 260672 | |
Anaerobic Transport Media | Anaerobic Systems | AS-911 | |
Brain heart Infusion Agar | Anaerobic Systems | AS-6426 | |
CO2 gaspak | BD | 260678 | |
Difco Reinforced Clostridial Medium | BD | 218081 | |
Glycerol | SIGMA | G5516-1L | Other suppliers can be used |
Hard shell PCR plates | BIO-RAD | HSP9601 | Other suppliers can be used |
Incubator | VWR | Symphony | Any callibrated incubator can be used |
Inoculation loops | VWR | 76544-926 | Other suppliers can be used |
LKV agar | HARDY Diagnostics | A60 | |
Microbial DNA-Free Water | Qiagen | 338132 | |
Nunc CryoTube | Thermo scientific | 377267 | Other suppliers can be used |
PCR (CFX Connect Real Time System) | BIO-RAD | CFX Connect Optics Module | Regular Themocycler can be used |
PEA agar | HARDY Diagnostics | A93 | |
Q5 High Fidelity 2X Master Mix | BioLabs | M0492S | |
QIAquick PCR Purification Kit | QIAGEN | 28104 | |
Reinforced clostridia media | BD | 218081 | |
Thin Forceps | Millipore Sigma | F4017 | Other suppliers can be used |
Trypticase Soy Agar (TSA II) with 5% sheep blood | Thermo scientific | 221261 |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon