En ny høy gjennomstrømning ex vivo ovine hud sårmodell for testing av nye antibiotika

Hudinfeksjoner er et viktig globalt problem, med store økonomiske kostnader for helsepersonell over hele verden. Utvikling av multiresistens og biofilmdannelse av patogener spiller en nøkkelrolle i forekomsten av ikke-helbredende sår 1,2,3,4. Som et resultat av dette er hud- og bløtvevsinfeksjoner en av de vanligste årsakene til utvidet sykehusinnleggelse og påfølgende reinnleggelse⁵. Forsinkelser i sårheling er kostbare for både pasienten og helsepersonell, med noen estimater som tyder på at rundt 6,5 millioner pasienter påvirkes årlig i USA. I Storbritannia resulterer hudinfeksjoner og tilhørende komplikasjoner i omtrent 75 000 dødsfall årlig ^2,4,6.

Staphylococcus aureus (S. aureus) er et formidabelt sårpatogen som ofte isoleres fra pasientsår ^2,7. Fremveksten av multiresistens økte drastisk på 2000-tallet. I løpet av denne tiden var rundt 60% av akutte bakterielle hud- og hudstrukturinfeksjoner dyrkningspositive for meticillinresistente S. aureus¹. Det økende antallet multiresistente stammer blant stafylokokker, og faktisk andre patogener, i løpet av de siste 2 tiårene indikerer et presserende behov for rask utvikling av antibiotika med nye virkningsmåter som kan overvinne resistens.

Siden begynnelsen av 2000-tallet har imidlertid antibiotikaoppdagelsesprogrammer blitt dominert av lengre utviklingstider og lave suksessrater, med bare 17% av nye antibiotika som går inn i kliniske studier i USA og oppnår markedsgodkjenning⁸. Dette antyder en forskjell mellom resultater fra in vitro-testing av nye antibiotika og deres kliniske resultater. Det kan hevdes at denne forskjellen i stor grad skyldes forskjeller i bakteriell fysiologi under infeksjoner in vivo og under konvensjonelle mikrobiologiske metoder ved testing av effekten av antibiotika i in vitro prekliniske stadier. Derfor er det behov for nye laboratoriemetoder som er mer representative for bakteriell fysiologi under infeksjon for å forbedre suksessraten i antibiotikaoppdagelsesprogrammer.

Nåværende metoder for å studere hudinfeksjoner inkluderer studier på levende dyr (f.eks. Mus), ex vivo hudmodeller (f.eks. Svin) og 3D-vevskonstruerte hudmodeller (f.eks. Menneske)9,10,11,12. Studier på levende dyr er strengt regulert og har relativt lav gjennomstrømning. I dyremodeller forårsaker sår og infeksjon betydelig nød for dyrene og reiser etiske bekymringer. Menneskelige hudmodeller, ex vivo eller vevskonstruerte, krever etisk godkjenning, overholdelse av lokal og global lovgivning (Human Tissue Act, Helsinkideklarasjonen), og det er vanskelig å skaffe vev, med noen forespørsler som tar år å oppfylle^13,14. Begge modelltypene er arbeidsintensive og krever betydelig kompetanse for å sikre eksperimentell suksess. Noen nåværende ex vivo hudinfeksjonsmodeller krever pre-inokulerte plater og tilsetningsstoffer for sårsengen for å muliggjøre infeksjon; Selv om disse modellene er utrolig nyttige, er det begrensninger i infeksjonsprosessen da tilsetningsstoffer begrenser bruken av sårbunnen som næringskilde^10,15,16,17. Modellen beskrevet i denne studien bruker ingen tilsetningsstoffer til sårbunnen, noe som sikrer at infeksjonspatologien og levedyktige celletall er et resultat av direkte utnyttelse av sårbunnen som eneste næringskilde.

Gitt behovet for nye laboratoriemetoder, er det utviklet en ny høy gjennomstrømning ex vivo ovine modell av hudinfeksjoner til bruk for å evaluere effekten av nye antibiotika. Hudinfeksjonsstudier står overfor mange utfordringer – høye kostnader, etiske bekymringer og modeller som ikke viser et fullstendig bilde^20,21. Ex vivo-modeller og 3D-eksplantasjonsmodeller gir bedre visualisering av sykdomsprosessen, og effekten behandlinger kan ha fra en mer klinisk relevant modell. Her beskrives oppsettet av en ny saueskinnsmodell, som er enkel, reproduserbar og klinisk relevant og har høy gjennomstrømning. Saueskinn ble valgt som sau er et av de store pattedyrene som vanligvis brukes til å modellere responser på infeksjoner in vivo. Dessuten er de lett tilgjengelige fra slakterier, noe som sikrer en jevn tilførsel av hud til forskning, og deres blir ikke skoldet, noe som sikrer god vevskvalitet. Denne studien brukte S. aureus som eksemplarisk patogen; Modellen fungerer imidlertid bra med andre mikroorganismer.