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Interleukin-13 overexpressing mice represent an advanced pre-clinical model for detecting the distribution of anti-mycobacterial drugs within centrally necrotizing granulomas

Titelangaben

Walter, Kerstin ; Kokesch-Himmelreich, Julia ; Treu, Axel ; Waldow, Franziska ; Hillemann, Doris ; Jakobs, Nikolas ; Lemm, Ann-Kathrin ; Schwudke, Dominik ; Römpp, Andreas ; Hölscher, Christoph:
Interleukin-13 overexpressing mice represent an advanced pre-clinical model for detecting the distribution of anti-mycobacterial drugs within centrally necrotizing granulomas.
In: Antimicrobial Agents and Chemotherapy. Bd. 66 (2022) Heft 6 . - e01588-21.
ISSN 1098-6596
DOI: https://doi.org/10.1128/aac.01588-21

Abstract

The Mycobacterium tuberculosis (Mtb)-harboring granuloma with a necrotic center surrounded by a fibrous capsule is the hallmark of tuberculosis (TB). For a successful treatment, antibiotics need to penetrate these complex structures to reach their bacterial targets. Hence, animal models reflecting the pulmonary pathology of TB patients are of particular importance to improve the pre-clinical validation of novel drug candidates. Mtb-infected interleukin-13 overexpressing (IL-13tg) mice develop a TB pathology very similar to patients and, in contrast to other mouse models, also share pathogenetic mechanisms. Accordingly, IL-13tg animals represent an ideal model for analyzing the penetration of novel anti-TB drugs into various compartments of necrotic granulomas by matrix-assisted-laser-desorption/ionization-mass spectrometry imaging (MALDI MS imaging). In the present study, we evaluated the suitability of BALB/c IL-13tg mice for determining the antibiotic distribution within necrotizing lesions. To this end, we established a workflow based on the inactivation of Mtb by gamma irradiation while preserving lung tissue integrity and drug distribution, which is essential for correlating drug penetration with lesion pathology. MALDI MS imaging analysis of clofazimine, pyrazinamide and rifampicin revealed a drug-specific distribution within different lesion types including cellular granulomas, developing in BALB/c wild-type mice, and necrotic granulomas of BALB/c IL-13tg animals, emphasizing the necessity of pre-clinical models reflecting human pathology. Most importantly, our study demonstrates that BALB/c IL-13tg mice recapitulate the penetration of antibiotics into human lesions. Therefore, our workflow in combination with the IL-13tg mouse model provides an improved and accelerated evaluation of novel anti-TB drugs and new regimens in the pre-clinical stage.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Lebenswissenschaften: Lebensmittel, Ernährung und Gesundheit > Lehrstuhl Bioanalytik und Lebensmittelanalytik > Lehrstuhl Bioanalytik und Lebensmittelanalytik - Univ.-Prof. Dr. Andreas Römpp
Graduierteneinrichtungen > Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT > Molekulare Biowissenschaften
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie
Fakultäten > Fakultät für Lebenswissenschaften: Lebensmittel, Ernährung und Gesundheit > Lehrstuhl Bioanalytik und Lebensmittelanalytik
Graduierteneinrichtungen
Graduierteneinrichtungen > Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT
Fakultäten > Fakultät für Lebenswissenschaften: Lebensmittel, Ernährung und Gesundheit
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften; Biologie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
Eingestellt am: 30 Mär 2022 07:08
Letzte Änderung: 15 Aug 2023 10:18
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/68847