Модель ожога крысы для изучения термического ожога кожи на всю толщину и инфекции
Summary
Модель, имитирующая клинический сценарий ожоговой травмы и инфекции, необходима для дальнейших исследований ожогов. Настоящий протокол демонстрирует простую и воспроизводимую модель ожоговой инфекции крыс, сравнимую с таковой у людей. Это облегчает изучение ожогов и инфекций после ожога для разработки новых местных методов лечения антибиотиками.
Abstract
Методики индукции ожогов непоследовательно описаны в моделях на крысах. Однородная модель ожоговой раны, представляющая клинический сценарий, необходима для проведения воспроизводимых ожоговых исследований. Настоящий протокол описывает простой и воспроизводимый способ получения ожогов на всю толщину с общей площадью поверхности тела (TBSA) ~20% у крыс. Здесь медный стержень размером 22,89 см2 (диаметр 5,4 см), нагретый до 97 ° C на водяной бане, был нанесен на поверхность кожи крысы, чтобы вызвать ожоговую травму. Медный стержень с высокой теплопроводностью был способен рассеивать тепло глубже в тканях кожи, создавая ожог на всю толщину. Гистологический анализ показывает ослабленный эпидермис с коагуляционным повреждением на всю толщину дермы и подкожной клетчатки. Кроме того, эта модель репрезентативна для клинических ситуаций, наблюдаемых у госпитализированных пациентов с ожогами после ожоговой травмы, такой как иммунная дисрегуляция и бактериальные инфекции. Модель может повторять системную бактериальную инфекцию как грамположительными, так и грамотрицательными бактериями. В заключение, в этой статье представлена простая в освоении и надежная модель ожога крыс, которая имитирует клинические ситуации, включая иммунную дисрегуляцию и бактериальные инфекции, что имеет большое значение для разработки новых местных антибиотиков для лечения ожоговых ран и инфекций.
Introduction
Ожоговые травмы являются одними из самых разрушительных форм травм, при этом смертность достигает 12% даже в специализированных ожоговых центрах 1,2,3. Согласно недавно опубликованным отчетам, ~ 486 000 пациентов с ожогами ежегодно нуждаются в медицинской помощи в Соединенных Штатах, при этом почти 3 500 смертей 1,2,3,4,5,6. Ожоговая травма представляет собой серьезную проблему для иммунной системы пациентов и создает значительную открытую рану, которая медленно заживает, делая их восприимчивыми к кожной, легочной и системной колонизации нозокомиальными, условно-патогенными бактериями. Иммунная дисрегуляция в сочетании с бактериальной инфекцией связана с повышенной заболеваемостью и смертностью у ожоговых больных7.
Модель ожогов и инфекций животных имеет важное значение для изучения патогенеза бактериальных инфекций после повреждения кожи и подавления иммунитета, связанного с ожоговой травмой. Такие модели позволяют разрабатывать и оценивать новые методы лечения бактериальных инфекций у ожоговых больных. Крысы и люди имеют сходные физиологические и патологические характеристики кожи, которые были задокументированыранее 8. Кроме того, крысы меньше по размеру, что делает их более легкими в обращении, более доступными и простыми в приобретении и обслуживании, чем более крупные модели животных.
Эти характеристики делают крыс идеальным модельным животным для изучения ожогов и инфекций9. К сожалению, техника индукции ожога непоследовательна и часто минимально описана 10,11,12,13,14. Настоящий протокол предназначен для разработки простой, экономически эффективной и воспроизводимой процедуры для создания последовательной ожоговой травмы на всю толщину в модели крысы, которая имитирует клинический сценарий и может быть использована для оценки иммуносупрессии и бактериальной инфекции.
Protocol
Representative Results
Discussion
Для изучения патофизиологии ожоговой травмыбыло представлено несколько моделей ожогов 8,12,16,17. В настоящем исследовании мы использовали модель крысы для разработки простого и воспроизводимого протокола, чтобы вызв?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Отдел сравнительной медицины Университета Северной Каролины за предоставление и уход за животными. Мы благодарим Лорен Ральф и Мию Евангелисту из Pathology Services Core за экспертную техническую помощь в области гистопатологии / цифровой патологии, включая срезы тканей и визуализацию. Это исследование было поддержано исследовательским грантом Министерства обороны (номер награды W81XWH-20-1-0500, GR и TV).
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).
