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Médecine

Un modèle de brûlure porcine pour étudier le processus de cicatrisation dans plusieurs brûlures profondes

Published: February 23, 2024
doi:
10.3791/66362
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1Vascularized Composite Allotransplantation Laboratory,Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, 2Shriners Children’s Boston, 3Department of Plastic, Reconstructive and Aesthetic Surgery,Rennes University, 4SITI Laboratory, UMR, INSERM,Université de Rennes, 5Center for Engineering in Medicine and Surgery, Department of Surgery,Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, 6Innovative Therapies in Haemostasis, INSERM UMR-S,University of Paris

Summary

Ce protocole décrit un modèle reproductible de brûlure multi-profondeur chez un miniporc du Yucatan.

Abstract

La cicatrisation des brûlures est un processus complexe et long. Malgré une vaste expérience, les chirurgiens plasticiens et les équipes spécialisées dans les centres de brûlures sont toujours confrontés à des défis importants. Parmi ces défis, l’étendue des tissus mous brûlés peut évoluer dans la phase précoce, créant un équilibre délicat entre les traitements conservateurs et l’ablation des tissus nécrosés. Les brûlures thermiques sont le type le plus courant, et la profondeur de combustion varie en fonction de plusieurs paramètres, tels que la température et le temps d’exposition. La profondeur de la brûlure varie également dans le temps, et l’aggravation secondaire de la « zone d’ombre » reste un phénomène mal compris. En réponse à ces défis, plusieurs traitements innovants ont été étudiés, et d’autres en sont aux premiers stades de développement. Les nanoparticules dans les pansements modernes et la peau artificielle sont des exemples de ces thérapies modernes encore en cours d’évaluation. Dans l’ensemble, le diagnostic et le traitement des brûlures nécessitent des avancées substantielles, et les équipes de recherche ont besoin d’un modèle fiable et pertinent pour tester de nouveaux outils et thérapies. Parmi les modèles animaux, les porcs sont les plus pertinents en raison de leurs fortes similitudes dans la structure de la peau avec les humains. Plus précisément, les mini-porcs du Yucatan présentent des caractéristiques intéressantes telles que la pigmentation de la mélanine et la croissance lente, ce qui permet d’étudier des phototypes élevés et une guérison à long terme. Cet article vise à décrire un protocole fiable et reproductible pour l’étude des brûlures multi-profondeurs chez les miniporcs du Yucatan, permettant un suivi à long terme et fournissant un modèle pertinent pour le diagnostic et les études thérapeutiques.

Introduction

Les brûlures sont un problème majeur de santé publique et touchent plus de 480 000 patients aux États-Unis chaque année, selon le National Burn Repository 1,2. Cela conduit à plus de 50 000 hospitalisations annuelles pour des cas complexes non mortels nécessitant des soins approfondis2. De plus, les brûlures sont une cause fondamentale de mortalité et de morbidité militaires et sont responsables de 10 à 30 % des pertes militaires 3,4. La prise en charge des brûlures est restée pratiquement inchangée pendant longtemps, malgré ses impacts immenses et divers sur les patients, allant du physique au psychologique et émotionnel5.

Le diagnostic initial et l’évaluation des brûlures conduisent à une classification de base en fonction du type de brûlures (première, deuxième et troisième) ou de la profondeur des tissus touchés (brûlures superficielles, d’épaisseur partielle et profondes)6,7,8. Les brûlures d’épaisseur partielle (premier et deuxième degré) impliquent l’épiderme et différentes profondeurs du derme (derme superficiel ou profond, c’est-à-dire brûlures superficielles et profondes au deuxième degré)9. En particulier, les lésions des appendices dans le derme profond excluent la possibilité de réépithélialisation de l’épithéliumannexiel 10. Par définition, les brûlures de pleine épaisseur atteignent la graisse sous-cutanée, le fascia et/ou le muscle sous-jacent (brûlures au troisième degré), et parfois l’os (également appelées brûlures au quatrième degré)11,12.

À la suite d’une hospitalisation, les grands brûlés bénéficient d’une prise en charge particulière d’une stratégie consistant en un équilibre délicat entre débridement et préservation des tissus. Les tissus mous endommagés et/ou infectés secondairement doivent être progressivement retirés jusqu’à ce que les tissus sains soient exposés, ce qui permet l’utilisation de pansements spécifiques et de greffes de peau pour améliorer le processus de guérison 13,14,15,16. Pourtant, la prudence est de mise pendant la chirurgie pour éviter l’ablation involontaire du tissu cicatrisant et réduire les complications pour une récupération optimale. Biologiquement, les brûlures présentent une zone nécrotique centrale entourée d’une zone d’ombre ou de stase, indiquant une ischémie potentiellement réversible. Cette zone peut soit se détériorer, entraînant une zone de nécrose étendue, soit guérir en inversant le processus apoptotique17,18. Cette gravité variable des brûlures présente des défis pour les chirurgiens qui doivent l’évaluer avec précision, ce qui complique l’équilibre entre les traitements conservateurs et l’excision chirurgicale19. À ce jour, aucun outil efficace n’est disponible pour aider à caractériser cette « zone d’ombre » avant la conversion de brûlage. Le développement de tels outils est crucial pour optimiser cet équilibre délicat.

Plusieurs traitements ont été testés pour aider à réduire la conversion des brûlures secondaires. Pourtant, aucune thérapie spécifique n’est actuellement disponible en clinique18. Parmi les autres exemples de progrès dans le traitement des brûlures, citons le développement de pansements et de nanomatériaux modernes20,21, la peau issue de l’ingénierie tissulaire22,23 et de nouvelles approches de culture épidermique24,25. De plus, la chirurgie reconstructive moderne et les lambeaux fasciocutanés ont amélioré la gestion des séquelles à long terme, en particulier les contractures de brûlure après la cicatrisation pathologique des zones de plis26,27. Ces avancées offrent des perspectives prometteuses pour les patients brûlés, améliorant leurs stratégies de traitement et leur qualité de vie, mais des résultats récents montrent que l’impact fonctionnel reste encore substantiel, tant dans les domaines physique que psychologique28. Dans l’ensemble, la demande de progrès innovants dans le diagnostic et le traitement des brûlures est importante.

Dans l’ensemble, de nombreuses approches visent à améliorer le diagnostic, la prise en charge et le traitement des cas de brûlures complexes, et les chercheurs ont besoin d’un modèle reproductible et pertinent pour tester ces nouvelles approches. En raison de sa complexité biologique, impliquant plusieurs organes et des réactions systémiques, aucun modèle in vitro ne s’est avéré pertinent pour étudier le processus de brûlure29. Les modèles de rongeurs ont montré des divergences majeures avec les humains en raison de différences majeures dans la biologie, l’architecture de la peau, l’élasticité et le manque d’adhérence aux structures sous-jacentes29. En revanche, le modèle porcin s’est avéré pertinent en raison de la similitude structurelle de la peau porcine avec la peau humaine 30,31,32. Il présente une vascularisation, une composition de fibres élastiques et un moment de renouvellement similaires. De plus, le follicule pileux et les annexes apocrines permettent une réépithélialisation insulaire, comme on peut l’observer dans les brûlures superficielles cliniques33,34. Plus précisément, les modèles de mini-porcs du Yucatan offrent des caractéristiques intéressantes, ce qui les rend pertinents pour l’étude de la peau pigmentée35 et des résultats à long terme avec des changements physiques minimes36.

L’objectif de cet article est de décrire un modèle fiable de brûlures à plusieurs degrés chez les porcs du Yucatán, permettant d’étudier plusieurs brûlures au deuxième et au troisième degré sur le même sujet. Il s’agit d’un modèle pertinent et reproductible pour étudier les innovations diagnostiques et thérapeutiques pour la prise en charge des brûlures. De plus, ce modèle présente différents types et gravités de brûlures, un suivi à long terme permettant d’étudier la contracture des brûlures et la cicatrisation pathologique, et le comportement différentiel de la peau pigmentée, qui est connu pour avoir des caractéristiques spécifiques.

Protocol

Tous les travaux sur les animaux ont été effectués conformément à la listede contrôle 37 de l’ARRIVE (Animal Research : Reporting In Vivo Experiments) et étaient conformes au comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux (IACUC) du Massachusetts General Hospital en vertu du protocole #2021N000271. Des soins sans cruauté ont été prodigués aux animaux, conformément au Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire38. Cinq miniporcs femelles du Yucatán de 30 kg ont été utilisés pour ces expériences. Les animaux ont été obtenus d’une source commerciale (voir la Table des matières). 1. Soins préopératoires et anesthésie Faites jeûner les animaux pendant 12 h avant l’anesthésie générale. Initier l’anesthésie par une injection intramusculaire de 2 à 4 mg/kg de chlorhydrate de tilétamine et de chlorhydrate de zolazépam et de 1 à 2 mg/kg de xylazine, suivie d’une inhalation d’isoflurane (2 à 3 % dans l’oxygène) (voir le tableau des matériaux) pour maintenir l’anesthésie pendant la procédure. 2. Conception et randomisation des brûlures Afin d’étudier à la fois les brûlures partielles et totales avec des contrôles négatifs sur le même animal (pas de variation interindividuelle), créez huit plaies sur le dos de chaque porc dans la région paravertébrale. Effectuez trois plaies d’épaisseur complète, trois plaies d’épaisseur partielle et deux plaies de contrôle. Numérotez les plaies de 1 à 8 et effectuez une randomisation pour attribuer différents degrés de brûlure (épaisseur partielle, épaisseur totale, contrôle) à différents emplacements anatomiques sur le dos.REMARQUE : La randomisation de chaque plaie (profondeur et emplacement) est effectuée pour améliorer la signification : Le derme du porc est connu pour varier en termes d’épaisseur et de composition en collagène39. Par conséquent, la randomisation sur chaque animal est utilisée pour réduire les biais potentiels. 3. Délimitation de la plaie de tatouage REMARQUE : La première procédure consiste à créer des tatouages circulaires sur le dos du porc afin de localiser et de numéroter les plaies aléatoires (Figure 1). Ceci est effectué deux jours avant la procédure de brûlure initiale pour permettre une meilleure acclimatation, mais il peut être effectué le jour de la procédure de brûlure. Après l’anesthésie (voir l’étape 1) et l’intubation orotrachéale en position couchée40, placez le porc en position couchée et placez des cales molles (draps) sous l’animal pour son confort et sa stabilisation (sous les membres antérieurs, la zone ombilicale et les membres postérieurs)41. Placez une couverture chauffante à air pulsé sur la tête et le cou de l’animal pour maintenir une température corporelle adéquate. Placez une ligne droite au centre sur le dos du cochon pour permettre la symétrisation des dessins. Tracez deux lignes verticales à l’aide d’un stylo dermographique (voir Table des matières) de part et d’autre de la ligne centrale, placée à 6,5 cm latéralement de celle-ci. Les deux lignes latérales serviront à placer le centre des cercles. Dessinez chaque paire de cercles de 4,5 cm de diamètre de manière symétrique, en gardant une distance minimale de 4 cm entre deux cercles distincts (Figure 1A). Une fois les dessins réalisés, effectuez une préparation cutanée en une seule étape (povidone iodée 7,5%) pour diminuer la flore bactérienne de la peau. Effectuez la procédure de tatouage42 de huit cercles de 4,5 cm à l’aide d’une machine à tatouer à l’aiguille, d’encre noire stérile et d’une aiguille stérilisée à 5 pointes (voir le tableau des matériaux). Le résultat final est présenté à la figure 1B. En cas de procédure de création de brûlure retardée, appliquez une pommade antibiotique triple sur les tatouages et couvrez-la de pansements adhésifs transparents. 4. Création de brûlure et pansement avancé REMARQUE : Des brûlures seront créées en plaçant le bloc de laiton en contact avec la peau à l’endroit dédié (randomisation) pendant 30 s (invariable). La température déterminera la profondeur de combustion. Le jour de la procédure de brûlure, une fois que l’animal est anesthésié et placé en position couchée comme indiqué à l’étape 1, placez des blocs cylindriques de laiton dans des récipients en acier inoxydable remplis de billes d’aluminium (voir le tableau des matériaux). Placez les récipients sur une plaque chauffante à température contrôlée. Réglez une plaque chauffante à 65 °C (pour les brûlures d’épaisseur partielle) et la seconde à 93 °C (pour la combustion d’épaisseur totale, Figure 2).REMARQUE : Le récipient peut être conservé au sec pour éviter les brûlures (2-3 h nécessaires pour atteindre l’équilibre de température) ou à moitié rempli d’eau (30 min pour atteindre l’équilibre de température). Si de l’eau est utilisée, les blocs de laiton doivent être soigneusement séchés avant l’étape 4.5 afin d’éviter les brûlures ultérieures dues aux brûlures. Insérez un thermomètre dans le cylindre en laiton par son ouverture centrale pour surveiller sa température à cœur et confirmez la température de surface avec un pistolet à température. Si nécessaire, augmentez la température de la plaque chauffante à 65 °C ou 93 °C dans le cylindre malgré une dissipation mineure de la chaleur.REMARQUE : Une feuille d’aluminium peut être utilisée pour couvrir le récipient et minimiser davantage la dissipation de chaleur, atteignant la température souhaitée plus rapidement. En parallèle, placez l’animal en position couchée pour la procédure de brûlure, similaire à la procédure de tatouage (étape 3.1). Une fois que l’animal est prêt en position couchée, préparez la peau en trois étapes (povidone iodée 7,5%, solution saline 0,9%, séchage). Saisissez le bloc de laiton avec des gants résistants à la chaleur et placez-le sur l’endroit dédié au tatouage, en fonction de la randomisation. Démarrez la minuterie dès que le bloc de laiton touche la peau. Veillez à ne pas appliquer plus de pression sur la peau que le poids du bloc de laiton. Après 30 s, retirez le bloc de laiton de la peau et remettez-le dans son récipient chauffant dédié. Surveillez la température jusqu’à ce qu’elle atteigne la cible et répétez la procédure pour toutes les plaies. Effectuez un pansement multicouche avancé pour assurer la stabilité du pansement une fois que l’animal s’est rétabli.Placez une gaze imprégnée de pétrole sur chaque emplacement de combustion, y compris les témoins, et couvrez-la d’une gaze non tissée sèche et d’un grand pansement adhésif transparent. Vaporisez une teinture de solution de benjoin sur la peau environnante pour une meilleure adhérence des pansements transparents sur la peau. Enveloppez l’animal dans un pansement adhésif auto-adhésif tout en faisant attention à ne pas trop le serrer (restriction des volumes pulmonaires). Complétez le pansement en ajoutant une dernière couche de jersey tubulaire (taille adaptée à l’animal) (voir tableau des matériaux). Des vestes de porc ajustées sur mesure peuvent également être utilisées si l’animal n’est pas en mesure de garder l’habillage propre pendant la durée de l’étude Assurez-vous d’une analgésie correcte en plaçant un timbre transdermique d’opioïdes (fentanyl) sur le cou de l’animal après l’injection d’une dose unique de buprénorphine (0,05-0,1 mg/kg, IM) et d’une dose unique de carprofène (2-4 mg/kg, IM). Après chaque anesthésie, surveiller étroitement les animaux jusqu’à 2 h après la guérison. Utilisez un coussin chaud si nécessaire et fournissez de la nourriture librement une fois la position debout complète atteinte. 5. Escharotomie de brûlure pleine épaisseur REMARQUE : Entre 1 et 3 jours postopératoires, les animaux recevront une excision chirurgicale de l’escarre sur toute leur épaisseur à la suite des brûlures au troisième degré. Après une préparation similaire de l’animal, y compris l’anesthésie, l’intubation et la mise en position couchée de l’animal, préparez la peau via la préparation de la peau en trois étapes, effectuez un drapé stérile du dos de l’animal. Effectuez des biopsies à l’emporte-pièce de 4 mm (voir tableau des matériaux) sur la plaie pour confirmer le type de blessure. Réaliser l’escharotomie 43,44 par une incision circulaire de l’escarre à l’aide d’une lame de scalpel stérile (n°15) jusqu’à atteindre le derme profond. Saisissez fermement un côté de l’escarre à l’aide d’une paire de pinces à tissu Adson stériles (avec 2/1 dents) (voir le tableau des matériaux) et attachez-le vers le haut pour révéler la limite profonde de l’escarre. Poursuivez l’escharotomie à l’aide de la lame du scalpel tout en restant dans le même plan à l’intérieur du derme profond/fascia sous-jacent. Un derme qui saigne est considéré comme un signe de viabilité tissulaire.Si une artériole est coupée pendant le processus, effectuez une cautérisation minimale à l’aide d’une pince de coagulation bipolaire (voir le tableau des matériaux). ATTENTION : Une cautérisation extensive du lit de la plaie créée peut entraîner un retard de cicatrisation et doit être strictement évitée. Mettez une première série de guaze sec sur le lit de la plaie pendant 5 minutes pour favoriser l’hémostase locale avant de placer le pansement définitif. Pansez les plaies de la même manière que précédemment (étape 4.7), avec l’ajout de plusieurs gazes sèches pour remplir la cavité. Appliquez les mêmes couches que celles mentionnées précédemment : Teinture de benjoin en spray, pansement adhésif transparent, pellicule autocollante, jersey tubulaire. Administrer l’analgésie en changeant le timbre transdermique opioïde et en injectant du caprofène (2-4 mg/kg, IM). 6. Pansements de suivi REMARQUE : Les pansements subséquents sont effectués tous les 2 à 7 jours, selon la conception du traitement expérimental et la tolérance de l’animal. Les pansements peuvent être arrêtés au bout de 21 jours pour permettre la réépithélialisation en milieu sec et améliorer la tolérance de l’animal. Alternativement, si le groupe de traitement nécessite un environnement humide ou mouillé, les pansements peuvent être prolongés jusqu’à la fin de l’étude. La période de suivi a été prolongée jusqu’à 10 semaines afin d’étudier à la fois les processus de guérison aigus et prolongés. Anesthésier l’animal pendant une courte période et le placer en position couchée avec un cône nasal (isoflurane 2-5 L/min). Retirez les pansements précédents et nettoyez les plaies à l’aide d’une solution saline stérile à 0,9 % et d’une gaze stérile. Appliquer le traitement expérimental le cas échéant. De même, effectuez des biopsies ultérieures au cours de cette procédure si l’étude l’exige. L’animal doit ensuite recevoir des analgésiques tels que le carprofène (2-4 mg/kg, IM, effet 24 h). Couvrez tous les emplacements des plaies, y compris les plaies témoins, avec de la gaze imprégnée de pétrole ou équivalente, de la gaze sèche non tissée et un pansement transparent adhésif.

Representative Results

Les figures 2A, B montrent les résultats de multiples brûlures sur le dos d’un mini-porc du Yucatàn. Les plaies (I) et (VII) sont des plaies témoins (37 °C). Plaies au deuxième degré (II ; III et VIII) se manifestent par des rougeurs intenses et des cloques. En revanche, les plaies au troisième degré (IV ; V; et VI) sont pâles et indurés à la palpation. Il est à noter que la blessure VIII semble intermédiaire entre le deuxi…

Discussion

La cicatrisation des plaies à la suite de brûlures est un long processus qui peut prendre jusqu’à plusieurs mois, avec diverses options de traitement et considérations pour les soins aux patients 2,13. Afin de l’étudier, un modèle fiable et reproductible est nécessaire. Plusieurs modèles d’animaux ont été décrits, notamment des rongeurs 29,45,46 et des porcs</s…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par un généreux financement de la subvention de recherche des Shriners pour enfants à S.N.T. Y.B. a été soutenu par l’Hôpital Shriners pour enfants. Nous sommes également reconnaissants du financement accordé à S.N.T. par le National Institute of Health des États-Unis (K99/R00 HL1431149 ; R01HL157803 ; R01DK134590, R24OD034189), l’American Heart Association (18CDA34110049), la bourse Eleanor et Miles Shore de la Harvard Medical School, la Fondation de la famille Polsky et le Claflin Distinguished Scholar Award au nom du Département de chirurgie de l’HGM et/ou du Comité exécutif de la recherche de l’HGM. De plus, nous reconnaissons le soutien fourni par le comité exécutif de recherche du Massachusetts General Hospital pour l’attribution du prix du Fonds pour la découverte médicale (FMD) à R.J. Enfin, le soutien de la Fondation des Gueules Cassées (France), de l’Université de Rennes (France), du CHU de Rennes (France) et de la Société Française de Chirurgie Plastique à Y.B. est grandement reconnu. Les auteurs remercient le Knight Surgery Research Laboratory pour leur contribution et leur aide pour l’anesthésie des animaux.

Materials

Adson tissue forceps Jarit 130-234
Aluminum beads Lab Armor 42370-002 Lab Armor Beads 
Buprenorphine hydrochloride Ranbaxy Pharmaceuticals NDC:12469-0757-01 Buprenex Injectable
Carprofen Pfizer NADA 141-199 Rymadyl 50mg/ml injectable 
Cylindric brass block Hand-made N/A Engineering drawing included in the manuscript
Dermographic pen McKesson Surgical Skin Marker Sterile
Disposable #15 surgical scalpels Medline MDS15315 Scalpel blades
Fentanyl patch Mylan NDC:60505-7082 Fentanyl Transdermal System
Isoflurane  Piramal NDC:66794-013-25 Isoflurane, USP
McPherson Bipolar coagulation forceps Bovie A842 Reusable, autoclavable
Miltex assorted biopsy punches (3,4 and 5 mm) Integra 33-38 Biopsy punches- size to adapt to the study
Non woven gauze Starryshine GZNW22 2 x 2" non woven 4 ply medical gauze pads
Povidone-Iodine Betadine NDC:0034-9200-88 Surgical scrub 7.5% 
Sterile isotonic sodium chloride solution 0.9% Aqualite System RL-2095 Sterile saline solution
Tattoo ink Spaulding & Rogers Black – 2 oz – #9053
Tattoo marker Spaulding & Rogers Special Electric Tattoo Marker
Tattoo needle Spaulding & Rogers 1310251 Tattoo 5 point needle
Tegaderm Transparent Film Dressing 3M 1.628 Large transparent adhesive dressing
Temperature-controlled hot plate Cole-Parmer 03407-11 StableTemp hot plate stirrer
Thermometer American Scientific U14295 Tube mercury thermometerr
Tiletamine and zolazepam hydrochloride Zoetis NDC:54771-9050 Telazol
Tincture of Benzoin Spray Smith&Nephew 407000 Adhesive layer spray
Triple Antibiotic ointment Fougera NDC 0168-0012-31 Triple antibiotic ointment
Tubular stockinette Medline NONNET02 Curad Medline Latex Free Elastic Nets
Warming blanket 3M Bair Hugger 750 warming unit
Xeroform Occlusive Gauze Strip Covidien 8884433301 Xeroform petrolatum wound dressings
Xylazine Vetone NDC:13985-704-10 AnaSed LA
Yucatàn minipigs (female, 30 kg) Sinclair Bio Resources N/A Full pigmentation 
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Citer Cet Article
Berkane, Y., Jain, R., Ajenu, E. O., Shamlou, A. A., Nguyen, K., McCarthy, M., Uygun, B. E., Lellouch, A. G., Cetrulo Jr., C. L., Uygun, K., Randolph, M. A., Tessier, S. N. A Swine Burn Model for Investigating the Healing Process in Multiple Depth Burn Wounds. J. Vis. Exp. (204), e66362, doi:10.3791/66362 (2024).
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