نموذج حرق الفئران لدراسة الحروق الحرارية الجلدية كاملة السماكة والعدوى
Summary
يعد النموذج الذي يحاكي السيناريو السريري لإصابة الحروق والعدوى ضروريا لتعزيز أبحاث الحروق. يوضح البروتوكول الحالي نموذجا بسيطا وقابلا للتكرار لعدوى حرق الفئران يمكن مقارنته بنظيره الموجود في البشر. هذا يسهل دراسة الحروق والالتهابات بعد الحرق لتطوير علاجات المضادات الحيوية الموضعية الجديدة.
Abstract
يتم وصف منهجيات تحريض الحرق بشكل غير متسق في نماذج الفئران. يعد نموذج جرح الحروق الموحد ، الذي يمثل السيناريو السريري ، ضروريا لإجراء أبحاث الحروق القابلة للتكرار. يصف هذا البروتوكول طريقة بسيطة وقابلة للتكرار لإنشاء ~ 20٪ إجمالي مساحة سطح الجسم (TBSA) حروق كاملة السماكة في الفئران. هنا ، تم تطبيق قضيب نحاسي 22.89 سم2 (قطر 5.4 سم) تم تسخينه عند 97 درجة مئوية في حمام مائي على سطح جلد الفئران للحث على إصابة الحرق. كان قضيب النحاس ذو الموصلية الحرارية العالية قادرا على تبديد الحرارة بشكل أعمق في أنسجة الجلد لإحداث حرق كامل السماكة. يظهر تحليل الأنسجة البشرة الموهنة مع تلف تجلط الدم إلى المدى الكامل للسمك الكامل للأدمة والأنسجة تحت الجلد. بالإضافة إلى ذلك ، يمثل هذا النموذج الحالات السريرية التي لوحظت في مرضى الحروق في المستشفى بعد إصابة الحروق مثل عدم التنظيم المناعي والالتهابات البكتيرية. يمكن للنموذج تلخيص العدوى البكتيرية الجهازية بواسطة كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام. في الختام ، تقدم هذه الورقة نموذجا قويا وسهل التعلم لحرق الفئران يحاكي الحالات السريرية ، بما في ذلك عدم التنظيم المناعي والالتهابات البكتيرية ، وهو أمر ذو فائدة كبيرة لتطوير أدوية مضادات حيوية موضعية جديدة لجروح الحروق والالتهابات.
Introduction
تعد إصابات الحروق من بين أكثر أشكال الصدمات تدميرا ، حيث تصل معدلات الوفيات إلى 12٪ حتى في مراكز الحروقالمتخصصة 1،2،3. وفقا للتقارير المنشورة مؤخرا ، ~ 486,000 مريض حروق يحتاجون إلى رعاية طبية سنويا في الولايات المتحدة ، مع ما يقرب من 3,500 حالة وفاة 1,2,3,4,5,6. تفرض إصابة الحروق تحديا كبيرا لجهاز المناعة لدى المرضى وتخلق جرحا مفتوحا كبيرا ، وهو بطيء الشفاء ، مما يجعلهم عرضة للاستعمار الجلدي والرئوي والجهازي ببكتيريا المستشفيات والانتهازية. يرتبط عدم التنظيم المناعي جنبا إلى جنب مع العدوى البكتيرية بزيادة المراضة والوفيات في مرضى الحروق7.
يعد نموذج حرق الحيوانات والعدوى ضروريا لدراسة التسبب في الالتهابات البكتيرية بعد تلف الجلد وقمع المناعة المرتبط بصدمة الحروق. تتيح هذه النماذج تصميم وتقييم طرق جديدة لعلاج الالتهابات البكتيرية لدى مرضى الحروق. تشترك الفئران والبشر في خصائص فسيولوجية ومرضية جلدية متشابهة تم توثيقها مسبقا8. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الفئران أصغر حجما ، مما يجعلها أسهل في التعامل معها ، وبأسعار معقولة ، وأسهل في الشراء والصيانة من النماذج الحيوانية الكبيرة.
هذه الخصائص تجعل الفئران حيوانا نموذجيا مثاليا لدراسة الحروق والالتهابات9. لسوء الحظ ، فإن تقنية تحريض الحرق غير متسقة وغالبا ما يتم وصفها بالحد الأدنى10،11،12،13،14. تم تصميم البروتوكول الحالي لتطوير إجراء بسيط وفعال من حيث التكلفة وقابل للتكرار لإنشاء إصابة حروق كاملة السماكة متسقة في نموذج الفئران الذي يحاكي السيناريو السريري ويمكن استخدامه لتقييم قمع المناعة والعدوى البكتيرية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تم تقديم العديد من نماذج الحروق لدراسة الفيزيولوجيا المرضية لإصابة الحروق8،12،16،17. في الدراسة الحالية ، استخدمنا نموذجا للفئران لتطوير بروتوكول بسيط وقابل للتكرار للحث على حرق كامل السمك متبوعا بعدوى بكتيرية لمحاكاة ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يشكر المؤلفون قسم الطب المقارن في جامعة نورث كارولينا على توفير الحيوانات ورعايتها. نشكر لورين رالف وميا إيفانجليستا في مركز خدمات علم الأمراض للمساعدة الفنية المتخصصة في علم أمراض الأنسجة / علم الأمراض الرقمي ، بما في ذلك تقسيم الأنسجة والتصوير. تم دعم هذا البحث بمنحة بحثية من وزارة الدفاع (رقم الجائزة W81XWH-20-1-0500 ، GR والتلفزيون).
Materials
| 1 mL syringe | BD, USA | 309597 | Used to inject the analgesic |
| 1.7 mL Microtube | Olympus, USA | 24-282 | Used to carry morphine |
| 10% NBF | VWR, USA | 16004-115 | Used to fix the skin piece for staining |
| 30 mL syringe | BD, USA | 302832 | Used to inject the lactate ringer solution |
| 70% ethyl alcohol | Fischer Scientific, USA | BP28184 | |
| Aperio AT2 Digital Pathology Slide Scanner with ImageScope software | Aperio, Technologies Inc., Vista, CA, USA | n/a | Scanning of H & E slides and analysis |
| Cetrimide agar plates | BD, USA | 285420 | Selective media plates for Pseudomonas aeruginosa growth |
| Copper rods | n/a | n/a | Used to induce the burn injury |
| Cotton tipped applicators | OMEGA Surgical supply, USA | 4225-IMC | Used to apply eye ointment |
| Electric shaver | Oster, USA | Golden A5 | Used to remove the dorsal side hairs |
| Eye lube | Dechra, UK | n/a | The eye wetting agent to provide long lasting comfort and avoid eye dryness |
| Fluff filled underpads | Medline, USA | MSC281225 | Used in the burn procedure |
| Forcep | F.S.T. | 11027-12 | Used to hold the skin piece |
| Gauze sponges | Oasis, USA | PK412 | Used to clean the applied nair cream from the dorsal side |
| Heat-resistant gloves | n/a | n/a | Used to hold the heated copper rods |
| Hematology Analyzer | IDEXX laboratories, USA | ProCyte Dx | |
| Induction chamber | Kent Scientific, USA | vetFlo-0730 | Used to anesthesize the animals |
| Insulin syringe | BD, USA | 329461 | |
| Isoflurane | Pivetal, USA | NDC46066-755-04 | Used to anesthesized rats to induce a loss of consciousness |
| Isoflurane vaporiser | n/a | n/a | |
| Lactated ringer's solution | icumedical, USA | NDC0990-7953-09 | Used to resuscitate the rats |
| L-shaped spreader | Fischer Scientific, USA | 14-665-230 | |
| Mannitol Agar | BD, USA | 211407 | Selective media plates for Staphylococcus aureus growth |
| Minicollect tubes (K2EDTA) | greiner bio-one, USA | 450480 | Used to collect the blood |
| Morphine | Mallinckrodt, UK | NDC0406-8003-30 | This analgesia was used to induce the inability to feel burn injury pain |
| Muller Hinton Broth | BD, USA | 275730 | |
| Muller Hinton II Agar | BD, USA | 211438 | |
| Nair hair removal lotion | Nair, USA | n/a | Used to remove the residual hairs on dorsal side |
| Needle 23 G | BD, USA | 305193 | Used to inject the lactate ringer solution |
| Normal saline | n/a | n/a | |
| Spectrophotometer | ThermoScientific, USA | Genesys 30 | |
| Sprague-Dawley rats, male and female | Charles River Labs | n/a | 7-9 weeks old for burn induction |
| Surgical Scissor | F.S.T. | 14501-14 | Used to cut the desired skin piece |
| Tissue collection tubes | Globe Scientific | 220101236 | |
| Tissue Homogenizer | Kinematica, Inc, USA | POLYTRON PT2100 | Used to homogenize the tissue samples |
| Water bath | Fischer Scientific, USA | n/a | Used to induce the burn injury |
| Weighted heating pad | Comfytemp, USA | n/a | Used during the procedure to keep rat's body warm |
References
- Peck, M., Molnar, J., Swart, D. A global plan for burn prevention and care. Bulletin of the World Health Organization. 87, 802-803 (2009).
- American Burn Association. Burn incidence and treatment in the United States: 2011 fact sheet. Chicago: American Burn Association. , (2011).
- Miller, S. F., et al. National burn repository 2007 report: a synopsis of the 2007 call for data. Journal of Burn Care & Research. 29 (6), 862-870 (2008).
- Kruger, E., Kowal, S., Bilir, S. P., Han, E., Foster, K. Relationship between patient characteristics and number of procedures as well as length of stay for patients surviving severe burn injuries: analysis of the American Burn Association National Burn Repository. Journal of Burn Care & Research. 41 (5), 1037-1044 (2020).
- American Burn Association. Burn incidence and treatment in the United States: 2016. Burn Incidence Fact Sheet. Chicago: American Burn Association. , (2016).
- Willis, M. L., et al. Plasma extracellular vesicles released after severe burn injury modulate macrophage phenotype and function. Journal of Leukocyte Biology. 111 (1), 33-49 (2022).
- Kartchner, L. B., et al. One-hit wonder: late after burn injury, granulocytes can clear one bacterial infection but cannot control a subsequent infection. Burns. 45 (3), 627-640 (2019).
- Abdullahi, A., Amini-Nik, S., Jeschke, M. Animal models in burn research. Cellular and Molecular Life Sciences. 71 (17), 3241-3255 (2014).
- Cai, E. Z., et al. Creation of consistent burn wounds: a rat model. Archives of Plastic Surgery. 41 (4), 317 (2014).
- Pessolato, A. G. T., dos Santos Martins, D., Ambrósio, C. E., Mançanares, C. A. F., de Carvalho, A. F. Propolis and amnion reepithelialise second-degree burns in rats. Burns. 37 (7), 1192-1201 (2011).
- Gurung, S., Škalko-Basnet, N. Wound healing properties of Carica papaya latex: in vivo evaluation in mice burn model. Journal of Ethnopharmacology. 121 (2), 338-341 (2009).
- Eloy, R., Cornillac, A. Wound healing of burns in rats treated with a new amino acid copolymer membrane. Burns. 18 (5), 405-411 (1992).
- Upadhyay, N., et al. Safety and healing efficacy of Sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) seed oil on burn wounds in rats. Food and Chemical Toxicology. 47 (6), 1146-1153 (2009).
- El-Kased, R. F., Amer, R. I., Attia, D., Elmazar, M. M. Honey-based hydrogel: In vitro and comparative In vivo evaluation for burn wound healing. Scientific Reports. 7 (1), 1-11 (2017).
- Fan, G. -. Y., et al. Severe burn injury in a swine model for clinical dressing assessment. Journal of Visualized Experiments. (141), e57942 (2018).
- Davenport, L., Dobson, G., Letson, H. A new model for standardising and treating thermal injury in the rat. MethodsX. 6, 2021-2027 (2019).
- Kaufman, T., Lusthaus, S., Sagher, U., Wexler, M. Deep partial skin thickness burns: a reproducible animal model to study burn wound healing. Burns. 16 (1), 13-16 (1990).
- Casal, D., et al. Blood supply to the integument of the abdomen of the rat: a surgical perspective. Plastic and Reconstructive Surgery Global Open. 5 (9), (2017).
- Casal, D., et al. A model of free tissue transfer: the rat epigastric free flap. Journal of Visualized Experiments. (119), e55281 (2017).
- Naldaiz-Gastesi, N., Bahri, O. A., Lopez de Munain, A., McCullagh, K. J., Izeta, A. The panniculus carnosus muscle: an evolutionary enigma at the intersection of distinct research fields. Journal of Anatomy. 233 (3), 275-288 (2018).
- Weber, B., et al. Modeling trauma in rats: similarities to humans and potential pitfalls to consider. Journal of Translational Medicine. 17 (1), 1-19 (2019).
- Nguyen, J. Q. M., et al. Spatial frequency domain imaging of burn wounds in a preclinical model of graded burn severity. Journal of Biomedical Optics. 18 (6), 066010 (2013).
- Sobral, C., Gragnani, A., Morgan, J., Ferreira, L. Inhibition of proliferation of Pseudomonas aeruginosa by KGF in an experimental burn model using human cultured keratinocytes. Burns. 33 (5), 613-620 (2007).
- Olivera, F., Bevilacqua, L., Anaruma, C., Boldrini Sde, C., Liberti, E. Morphological changes in distant muscle fibers following thermal injury i n Wistar rats. Acta Cirurgica Brasileira. 25, 525-528 (2010).
- Davies, J. W. . Physiological Responses to Burning Injury. , (1982).
- Neely, C. J., et al. Flagellin treatment prevents increased susceptibility to systemic bacterial infection after injury by inhibiting anti-inflammatory IL-10+ IL-12-neutrophil polarization. PloS One. 9 (1), e85623 (2014).
- Dunn, J. L., et al. Direct detection of blood nitric oxide reveals a burn-dependent decrease of nitric oxide in response to Pseudomonas aeruginosa infection. Burns. 42 (7), 1522-1527 (2016).
- Gouma, E., et al. A simple procedure for estimation of total body surface area and determination of a new value of Meeh’s constant in rats. Laboratory Animals. 46 (1), 40-45 (2012).
- Dawson, N. The surface-area/body-weight relationship in mice. Australian Journal of Biological Sciences. 20 (3), 687-690 (1967).
- Moins-Teisserenc, H., et al. Severe altered immune status after burn injury is associated with bacterial infection and septic shock. Frontiers in Immunology. 12, 529 (2021).
- Robins, E. V. Immunosuppression of the burned patient. Critical Care Nursing Clinics. 1 (4), 767-774 (1989).
