Een nieuw ex vivo schapenhuidwondmodel met hoge doorvoer voor het testen van opkomende antibiotica

Huidinfecties zijn een belangrijk wereldwijd probleem, met grote economische kosten voor zorgverleners over de hele wereld. De ontwikkeling van multidrugresistentie en biofilmvorming door pathogenen speelt een sleutelrol in de prevalentie van niet-genezende wonden 1,2,3,4. Als gevolg hiervan zijn huid- en wekedeleninfecties een van de meest voorkomende redenen voor langdurige ziekenhuisopname en daaropvolgende heropname⁵. Vertragingen in wondgenezing zijn kostbaar voor zowel de patiënt als zorgverleners, met sommige schattingen die suggereren dat jaarlijks ongeveer 6,5 miljoen patiënten in de VS worden getroffen. In het Verenigd Koninkrijk resulteren huidinfecties en bijbehorende complicaties in ongeveer 75.000 sterfgevallen per jaar ^2,4,6.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is een formidabele wondpathogeen die vaak wordt geïsoleerd uit patiëntenwonden ^2,7. De snelheid van opkomst van multidrugresistentie nam drastisch toe in de jaren 2000. Gedurende deze tijd was ongeveer 60% van de acute bacteriële huid- en huidstructuurinfecties cultuurpositief voor methicilline-resistente S. aureus¹. Het toenemende aantal multiresistente stammen onder stafylokokken, en inderdaad andere pathogenen, in de afgelopen 2 decennia duidt op een dringende behoefte aan de snelle ontwikkeling van antibiotica met nieuwe werkingsmechanismen die resistentie kunnen overwinnen.

Sinds de vroege jaren 2000 worden antibiotica-ontdekkingsprogramma’s echter gedomineerd door langere ontwikkelingstijden en lage slagingspercentages, waarbij slechts 17% van de nieuwe antibiotica die klinische proeven in de VS binnenkomen, marktgoedkeuring hebben verkregen⁸. Dit suggereert een verschil tussen de resultaten van in vitro testen van opkomende antibiotica en hun klinische uitkomsten. Er kan worden gesteld dat deze ongelijkheid grotendeels te wijten is aan verschillen in bacteriële fysiologie tijdens infecties in vivo en tijdens conventionele microbiologische methoden bij het testen van de werkzaamheid van antibiotica in de in vitro preklinische stadia. Daarom zijn nieuwe laboratoriummethoden nodig die meer representatief zijn voor bacteriële fysiologie tijdens infectie om de slagingspercentages in antibiotica-ontdekkingsprogramma’s te verbeteren.

Huidige methoden voor het bestuderen van huidinfecties omvatten studies bij levende dieren (bijv. Muizen), ex vivo huidmodellen (bijv. Varkens) en 3D-weefselmanipulatie huidmodellen (bijv. Menselijk)9,10,11,12. Studies bij levende dieren zijn strikt gereguleerd en hebben een relatief lage doorvoer. In diermodellen veroorzaken verwonding en infectie aanzienlijk leed voor de dieren en roepen ze ethische zorgen op. Menselijke huidmodellen, ex vivo of tissue-engineered, vereisen ethische goedkeuring, naleving van lokale en wereldwijde wetgeving (de Human Tissue Act, de Verklaring van Helsinki), en er is moeite met het verkrijgen van weefsels, waarbij sommige verzoeken jaren duren om aan^13,14 te voldoen. Beide modeltypen zijn arbeidsintensief en vereisen aanzienlijke expertise om experimenteel succes te garanderen. Sommige huidige ex vivo huidinfectiemodellen vereisen vooraf geënte schijven en additieven voor het wondbed om infectie mogelijk te maken; hoewel deze modellen ongelooflijk nuttig zijn, zijn er beperkingen in het infectieproces omdat additieven het gebruik van het wondbed als voedingsbron beperken 10,15,16,17. Het model dat in deze studie wordt beschreven, gebruikt geen additieven voor het wondbed, wat ervoor zorgt dat de pathologie van infectie en levensvatbare celtellingen het resultaat zijn van direct gebruik van het wondbed als de enige voedingsbron.

Gezien de behoefte aan nieuwe laboratoriummethoden, is een nieuw high-throughput ex vivo schapenmodel van huidinfecties ontwikkeld voor gebruik bij het evalueren van de werkzaamheid van opkomende antibiotica. Huidinfectiestudies worden geconfronteerd met vele uitdagingen – hoge kosten, ethische zorgen en modellen die geen volledig beeld laten zien ^20,21. Ex vivo modellen en 3D explant modellen zorgen voor een betere visualisatie van het ziekteproces en de impact die behandelingen kunnen hebben vanuit een meer klinisch relevant model. Hier wordt de opzet van een nieuw schapenhuidmodel beschreven, dat eenvoudig, reproduceerbaar en klinisch relevant is en een hoge doorvoer heeft. Schapenhuid werd gekozen omdat schapen een van de grote zoogdieren zijn die vaak worden gebruikt om reacties op infecties in vivo te modelleren. Bovendien zijn ze gemakkelijk verkrijgbaar bij slachthuizen, wat zorgt voor een constante aanvoer van huid voor onderzoek, en hun karkassen zijn niet verbrand, wat een goede weefselkwaliteit garandeert. Deze studie gebruikte S. aureus als de voorbeeldpathogeen; het model werkt echter goed met andere micro-organismen.