Tam Kalınlıkta Kutanöz Termal Yanık ve Enfeksiyonu İncelemek için Sıçan Yanık Modeli
Summary
Yanık hasarı ve enfeksiyonunun klinik senaryosunu taklit eden bir model, yanık araştırmalarını ilerletmek için gereklidir. Mevcut protokol, insanlardakiyle karşılaştırılabilir basit ve tekrarlanabilir bir sıçan yanığı enfeksiyon modeli göstermektedir. Bu, yeni topikal antibiyotik tedavileri geliştirmek için yanık ve yanık sonrası enfeksiyonların incelenmesini kolaylaştırır.
Abstract
Yanık indüksiyon metodolojileri sıçan modellerinde tutarsız bir şekilde tanımlanmıştır. Klinik senaryoyu temsil eden tek tip bir yanık yara modeli, tekrarlanabilir yanık araştırması yapmak için gereklidir. Mevcut protokol, sıçanlarda ~% 20 toplam vücut yüzey alanı (TBSA) tam kalınlıkta yanıklar oluşturmak için basit ve tekrarlanabilir bir yöntem tanımlamaktadır. Burada, yanık yaralanmasını indüklemek için sıçan derisi yüzeyine bir su banyosunda 97 ° C’de ısıtılan22.89 cm2 (5.4 cm çapında) bakır çubuk uygulanmıştır. Yüksek ısı iletkenliğine sahip bir bakır çubuk, tam kalınlıkta bir yanık oluşturmak için ısıyı cilt dokusunda daha derine dağıtabildi. Histoloji analizi, dermisin ve deri altı dokusunun tam kalınlık derecesine pıhtılaştırıcı hasar veren zayıflatılmış epidermisi gösterir. Ek olarak, bu model immün disregülasyon ve bakteriyel enfeksiyonlar gibi yanık yaralanmasını takiben hastanede yatan yanık hastalarında gözlenen klinik durumları temsil etmektedir. Model, hem Gram-pozitif hem de Gram-negatif bakteriler tarafından sistemik bakteriyel enfeksiyonu özetleyebilir. Sonuç olarak, bu yazıda, yanık yarası ve enfeksiyonlar için yeni topikal antibiyotik ilaçların geliştirilmesinde önemli yarar sağlayan, immün disregülasyon ve bakteriyel enfeksiyonlar da dahil olmak üzere klinik durumları taklit eden, öğrenmesi kolay ve sağlam bir sıçan yanığı modeli sunulmaktadır.
Introduction
Yanık yaralanmaları travmanın en yıkıcı biçimleri arasındadır ve ölüm oranları özel yanık merkezlerinde bile %12’ye ulaşmaktadır 1,2,3. Son zamanlarda yayınlanan raporlara göre, Amerika Birleşik Devletleri’nde yılda ~ 486.000 yanık hastası tıbbi bakıma ihtiyaç duyuyor ve yaklaşık 3.500 ölüm 1,2,3,4,5,6. Yanık yaralanması, hastaların bağışıklık sistemi için büyük bir zorluk oluşturur ve iyileşmesi yavaş olan önemli bir açık yara oluşturur ve onları nozokomiyal, fırsatçı bakterilerle kutanöz, pulmoner ve sistemik kolonizasyona duyarlı hale getirir. Bakteriyel enfeksiyon ile birlikte immün disregülasyon yanık hastalarında artmış morbidite ve mortalite ile ilişkilidir7.
Bir hayvan yanığı ve enfeksiyon modeli, deri hasarı ve yanık travması ile ilişkili immün baskılanmayı takiben bakteriyel enfeksiyonların patogenezini incelemek için gereklidir. Bu tür modeller, yanık hastalarında bakteriyel enfeksiyonların tedavisi için yeni yöntemlerin tasarlanmasını ve değerlendirilmesini sağlar. Sıçanlar ve insanlar, daha önce belgelenen benzer cilt fizyolojik ve patolojik özelliklerini paylaşırlar8. Ek olarak, sıçanların boyutu daha küçüktür, bu da onları daha büyük hayvan modellerinden daha kolay, daha uygun fiyatlı ve tedarik edilmesi ve bakımı daha kolay hale getirir.
Bu özellikler, sıçanları yanıkları ve enfeksiyonları incelemek için ideal bir model hayvan yapar9. Ne yazık ki, yanık indüksiyonu tekniği tutarsızdır ve genellikle minimal olarak tanımlanmıştır 10,11,12,13,14. Mevcut protokol, klinik senaryoyu simüle eden ve bağışıklık baskılanmasını ve bakteriyel enfeksiyonu değerlendirmek için kullanılabilecek bir sıçan modelinde tutarlı bir tam kalınlıkta yanık hasarı oluşturmak için basit, uygun maliyetli ve tekrarlanabilir bir prosedür geliştirmek üzere tasarlanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yanık yaralanmasının patofizyolojisini incelemek için çeşitli yanık modelleri sunulmuştur 8,12,16,17. Bu çalışmada, hastalarda enfekte bir yanık travmasını simüle etmek için tam kalınlıkta bir yanığı indüklemek için basit ve tekrarlanabilir bir protokol geliştirmek için bir sıçan modeli kullandık. İnsan koşullarını taklit etmek için hayvan modeli olarak sıçan?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar, hayvanların sağlanması ve bakımı için Kuzey Carolina Üniversitesi Karşılaştırmalı Tıp Bölümü’ne teşekkür eder. Lauren Ralph ve Mia Evangelista’ya Patoloji Hizmetleri Çekirdeği’nde, doku kesitleme ve görüntüleme de dahil olmak üzere Histopatoloji / Dijital Patoloji ile ilgili uzman teknik yardım için teşekkür ederiz. Bu araştırma, Savunma Bakanlığı’ndan bir araştırma hibesi ile desteklenmiştir (Ödül numarası W81XWH-20-1-0500, GR ve 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).
