Modelo de quemadura de rata para estudiar la quemadura térmica cutánea de espesor total y la infección

Summary

Un modelo que imite el escenario clínico de lesiones por quemaduras e infecciones es necesario para avanzar en la investigación de quemaduras. El presente protocolo demuestra un modelo simple y reproducible de infección por quemaduras de rata comparable al de los seres humanos. Esto facilita el estudio de quemaduras e infecciones después de quemaduras para desarrollar nuevos tratamientos antibióticos tópicos.

Abstract

Las metodologías de inducción de quemaduras se describen de manera inconsistente en modelos de ratas. Un modelo uniforme de herida por quemaduras, que representa el escenario clínico, es necesario para realizar investigaciones de quemaduras reproducibles. El presente protocolo describe un método simple y reproducible para crear ~ 20% de quemaduras de espesor total de superficie corporal (TBSA) en ratas. Aquí, se aplicó una varilla de cobre de 22,89^cm2 (5,4 cm de diámetro) calentada a 97 °C en un baño de agua a la superficie de la piel de la rata para inducir la lesión por quemadura. Una varilla de cobre con una alta conductividad térmica fue capaz de disipar el calor más profundamente en el tejido de la piel para crear una quemadura de espesor total. El análisis histológico muestra epidermis atenuada con daño coagulativo en la extensión de espesor total de la dermis y el tejido subcutáneo. Además, este modelo es representativo de las situaciones clínicas observadas en pacientes hospitalizados con quemaduras después de una lesión por quemadura, como la desregulación inmune y las infecciones bacterianas. El modelo puede recapitular la infección bacteriana sistémica por bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. En conclusión, este artículo presenta un modelo de quemadura de rata robusto y fácil de aprender que imita las situaciones clínicas, incluida la desregulación inmune y las infecciones bacterianas, que es de considerable utilidad para el desarrollo de nuevos antibióticos tópicos para quemaduras e infecciones.

Introduction

Las lesiones por quemaduras se encuentran entre las formas más devastadoras de trauma, con tasas de mortalidad que alcanzan el 12% incluso en centros especializados en quemaduras ^1,2,3. Según informes publicados recientemente, ~ 486,000 pacientes con quemaduras requieren atención médica anualmente en los Estados Unidos, con casi 3,500 muertes 1,2,3,4,5,6. La lesión por quemadura impone un gran desafío para el sistema inmunológico de los pacientes y crea una herida abierta significativa, que tarda en sanar, dejándolos susceptibles a la colonización cutánea, pulmonar y sistémica con bacterias nosocomiales y oportunistas. La desregulación inmune combinada con la infección bacteriana se asocia con mayor morbilidad y mortalidad en pacientes quemados⁷.

Un modelo de quemaduras e infecciones en animales es esencial para estudiar la patogénesis de las infecciones bacterianas después del daño de la piel y la supresión inmune asociada con el trauma por quemaduras. Tales modelos permiten el diseño y la evaluación de nuevos métodos para tratar infecciones bacterianas en pacientes con quemaduras. Las ratas y los humanos comparten características fisiológicas y patológicas similares a las de la piel que se han documentado previamente⁸. Además, las ratas son más pequeñas en tamaño, lo que las hace más fáciles de manejar, más asequibles y más fáciles de adquirir y mantener que los modelos animales más grandes.

Estas características hacen de las ratas un animal modelo ideal para estudiar quemaduras e infecciones⁹. Desafortunadamente, la técnica para la inducción de quemaduras es inconsistente y a menudo mínimamente descrita 10,11,12,13,14. El presente protocolo está diseñado para desarrollar un procedimiento simple, rentable y reproducible para crear una lesión por quemadura consistente de espesor total en un modelo de rata que simule el escenario clínico y pueda usarse para evaluar la supresión inmune y la infección bacteriana.

Protocol

Todos los procedimientos fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Carolina del Norte y se llevaron a cabo de acuerdo con sus pautas establecidas. Para los experimentos se utilizaron ratas Sprague Dawley macho y hembra (250-300 g) de 7 a 9 semanas de edad. Todos los animales fueron alojados en un ciclo de luz-oscuridad de 12 h:12 h con libre acceso a alimentos y agua ad libitum. Siempre trabaje con su veterinario institucional sobre un plan analgésic…

Representative Results

El protocolo presentado aquí es altamente reproducible y resultó en una lesión por quemadura de espesor total de tercer grado en ratas. La herida de la quemadura aparece de color blanco ceroso después de la inducción de la quemadura (Figura 2B). El color de la lesión por quemadura cambió de blanco a marrón en el transcurso de 72 h después de la quemadura (Figura 2B-E). El análisis histológi…

Discussion

Se han presentado varios modelos de quemaduras para estudiar la fisiopatología de la lesión por quemadura 8,12,16,17. En el presente estudio, empleamos un modelo de rata para desarrollar un protocolo simple y reproducible para inducir una quemadura de espesor completo seguida de una infección bacteriana para simular un trauma por quemadura infectada en pacientes. La elección de la rata como…

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