Новая высокопроизводительная модель раны овечьей кожи Ex Vivo для тестирования новых антибиотиков

Кожные инфекции являются важной глобальной проблемой, с большими экономическими издержками для поставщиков медицинских услуг во всем мире. Развитие множественной лекарственной устойчивости и образование биопленки патогенами играет ключевую роль в распространенности незаживающих ран 1,2,3,4. В результате этого инфекции кожи и мягких тканей являются одной из наиболее распространенных причин длительной госпитализации и последующей реадмиссии⁵. Задержки в заживлении ран являются дорогостоящими как для пациента, так и для медицинских работников, причем, по некоторым оценкам, около 6,5 миллионов пациентов ежегодно страдают в США. В Великобритании кожные инфекции и связанные с ними осложнения приводят к примерно 75 000 смертей ежегодно ^2,4,6.

Золотистый стафилококк (S. aureus) является грозным раневым возбудителем, часто выделяемым из ран пациента ^2,7. Скорость появления множественной лекарственной устойчивости резко возросла в 2000-х годах. В течение этого времени около 60% острых бактериальных инфекций кожи и структуры кожи были положительными для метициллин-резистентного S. aureus¹. Растущее число штаммов с множественной лекарственной устойчивостью среди стафилококков, да и других патогенов, в течение последних 2 десятилетий указывает на острую необходимость быстрой разработки антибиотиков с новыми способами действия, которые могут преодолеть резистентность.

Тем не менее, с начала 2000-х годов в программах открытия антибиотиков доминировало более длительное время разработки и низкие показатели успеха, и только 17% новых антибиотиков, поступающих в клинические испытания в США, достигли одобрения рынка⁸. Это говорит о несоответствии между результатами тестирования in vitro новых антибиотиков и их клиническими результатами. Можно утверждать, что это несоответствие во многом связано с различиями в физиологии бактерий во время инфекций in vivo и во время обычных микробиологических методов при тестировании эффективности антибиотиков на доклинических стадиях in vitro . Поэтому новые лабораторные методы, которые более репрезентативны для бактериальной физиологии во время инфекции, необходимы для улучшения показателей успеха в программах открытия антибиотиков.

Современные методы изучения кожных инфекций включают исследования на живых животных (например, мышах), моделях кожи ex vivo (например, свиней) и 3D-тканеинженерных моделях кожи (например, человека)9,10,11,12. Исследования на живых животных строго регламентированы и имеют относительно низкую пропускную способность. На животных моделях раны и инфекции вызывают значительные страдания у животных и вызывают этические проблемы. Модели кожи человека, ex vivo или тканевые, требуют этического одобрения, соблюдения местного и глобального законодательства (Закон о тканях человека, Хельсинкская декларация), и существуют трудности с приобретением тканей, причем для выполнения некоторых запросов требуются годы для выполнения^13,14. Оба типа моделей являются трудоемкими и требуют значительных знаний для обеспечения успеха экспериментов. Некоторые современные модели инфекции кожи ex vivo требуют предварительно инокулированных дисков и добавок для раневого ложа, чтобы обеспечить инфекцию; хотя эти модели невероятно полезны, существуют ограничения в процессе заражения, поскольку добавки ограничивают использование раневого ложа в качестве источника питательных веществ 10,15,16,17. Модель, описанная в этом исследовании, не использует никаких добавок к раневому слою, что гарантирует, что патология инфекции и количество жизнеспособных клеток являются результатом прямого использования раневого ложа в качестве единственного источника питательных веществ.

Учитывая необходимость новых лабораторных методов, была разработана новая высокопроизводительная модель овец ex vivo для использования при оценке эффективности новых антибиотиков. Исследования кожных инфекций сталкиваются со многими проблемами – высокими затратами, этическими проблемами и моделями, которые не показывают полной картины^20,21. Модели ex vivo и 3D-модели эксплантата позволяют лучше визуализировать процесс заболевания и влияние, которое лечение может оказать от более клинически значимой модели. Здесь описана установка новой модели овечьей кожи, которая проста, воспроизводима и клинически значима и имеет высокую пропускную способность. Овечья кожа была выбрана, поскольку овцы являются одним из крупных млекопитающих, обычно используемых для моделирования реакций на инфекции in vivo. Кроме того, они легко доступны со скотобоен, обеспечивая постоянный запас кожи для исследований, а их туши не ошпариваются, обеспечивая хорошее качество тканей. В этом исследовании в качестве примера патогена использовался S. aureus; однако модель хорошо работает с другими микроорганизмами.