Rottebrennmodell for å studere fulltykkelse kutan termisk forbrenning og infeksjon

Summary

En modell som etterligner det kliniske scenariet for brannskade og infeksjon er nødvendig for å fremme brannskadeforskning. Den nåværende protokollen demonstrerer en enkel og reproduserbar rottebrenninfeksjonsmodell som er sammenlignbar med den hos mennesker. Dette forenkler studiet av brannskader og infeksjoner etter brannskade for å utvikle nye aktuelle antibiotikabehandlinger.

Abstract

Brenninduksjonsmetoder er inkonsekvent beskrevet i rottemodeller. En enhetlig brannsårmodell, som representerer det kliniske scenariet, er nødvendig for å utføre reproduserbar brannskadeforskning. Den nåværende protokollen beskriver en enkel og reproduserbar metode for å skape ~ 20% total kroppsoverflate (TBSA) full tykkelse forbrenninger hos rotter. Her ble en kobberstang på 22,89 cm² (5,4 cm diameter) oppvarmet ved 97 °C i et vannbad påført rottehudoverflaten for å indusere brannskaden. En kobberstang med høy varmeledningsevne var i stand til å spre varmen dypere i hudvevet for å skape en brenning i full tykkelse. Histologianalyse viser svekket epidermis med koagulativ skade på fulltykkelsesutbredelsen av dermis og subkutant vev. I tillegg er denne modellen representativ for de kliniske situasjonene observert hos sykehusinnlagte brannskadepasienter etter brannskade som immundysregulering og bakterielle infeksjoner. Modellen kan rekapitulere den systemiske bakterielle infeksjonen av både gram-positive og gramnegative bakterier. Avslutningsvis presenterer denne artikkelen en lettlært og robust rottebrenningsmodell som etterligner de kliniske situasjonene, inkludert immundysregulering og bakterielle infeksjoner, noe som er av betydelig nytte for utvikling av nye aktuelle antibiotika mot brannsår og infeksjoner.

Introduction

Brannskader er blant de mest ødeleggende former for traumer, med dødelighet som når 12% selv i spesialiserte brannskadesentre ^1,2,3. Ifølge nylig publiserte rapporter krever ~ 486 000 brannskadepasienter medisinsk behandling årlig i USA, med nesten 3 500 dødsfall 1,2,3,4,5,6. Brannskade medfører en stor utfordring for pasientens immunsystem og skaper et betydelig åpent sår, som er sakte å helbrede, slik at de blir utsatt for kutan, lunge og systemisk kolonisering med nosokomiale, opportunistiske bakterier. Immundysregulering kombinert med bakterieinfeksjonen er assosiert med økt sykelighet og dødelighet hos brannskadepasienter⁷.

En dyreforbrennings- og infeksjonsmodell er avgjørende for å studere patogenesen av bakterielle infeksjoner etter hudskader og immunundertrykkelse forbundet med brannskader. Slike modeller gjør det mulig å designe og evaluere nye metoder for behandling av bakterielle infeksjoner hos brannskadepasienter. Rotter og mennesker deler lignende hudfysiologiske og patologiske egenskaper som tidligere er dokumentert⁸. I tillegg er rotter mindre i størrelse, noe som gjør dem enklere å håndtere, rimeligere og enklere å anskaffe og vedlikeholde enn større dyremodeller.

Disse egenskapene gjør rotter til et ideelt modelldyr for å studere brannskader og infeksjoner⁹. Dessverre er teknikken for brenninduksjon inkonsekvent og ofte minimalt beskrevet 10,11,12,13,14. Den nåværende protokollen er utformet for å utvikle en enkel, kostnadseffektiv og reproduserbar prosedyre for å skape en konsistent brannskade i full tykkelse i en rottemodell som simulerer det kliniske scenariet og kan brukes til å evaluere immunsuppresjon og bakteriell infeksjon.

Protocol

Alle prosedyrer ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved University of North Carolina og ble utført i samsvar med de etablerte retningslinjene. Mannlige og kvinnelige Sprague Dawley-rotter (250-300 g) i alderen 7-9 uker gamle ble brukt til forsøkene. Alle dyrene ble plassert i en 12 timer: 12 h lys-mørk syklus med fri tilgang til mat og vann ad libitum. Arbeid alltid med din institusjonelle veterinær om en smertestillende plan før studiestart. <strong…

Representative Results

Protokollen som presenteres her er svært reproduserbar og resulterte i en tredjegrads brannskade i full tykkelse hos rotter. Brannsåret fremstår voksaktig hvitt etter brannskadeinduksjon (figur 2B). Fargen på brannskaden endret seg fra hvit til brun i løpet av 72 timer etter forbrenning (figur 2B-E). Histologisk analyse bekreftet en brenning i full tykkelse (dybde >2,61 mm ved 24 timer etter bren…

Discussion

Flere brannskademodeller er presentert for å studere patofysiologien ved brannskade 8,12,16,17. I denne studien benyttet vi en rottemodell for å utvikle en enkel og reproduserbar protokoll for å indusere en full tykkelsesforbrenning etterfulgt av bakteriell infeksjon for å simulere et infisert brenntraume hos pasienter. Valget av rotte som dyremodell for å etterligne menneskelige forhold e…

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