Rotteforbrændingsmodel til undersøgelse af kutan termisk forbrænding og infektion i fuld tykkelse

Summary

En model, der efterligner det kliniske scenarie med brandskade og infektion, er nødvendig for at fremme brandsårsforskning. Denne protokol demonstrerer en enkel og reproducerbar infektionsmodel for rotteforbrænding, der kan sammenlignes med den hos mennesker. Dette letter undersøgelsen af forbrænding og infektioner efter forbrænding for at udvikle nye topiske antibiotikabehandlinger.

Abstract

Brændeinduktionsmetoder er inkonsekvent beskrevet i rottemodeller. En ensartet brandsårsmodel, som repræsenterer det kliniske scenarie, er nødvendig for at udføre reproducerbar brandsårsforskning. Denne protokol beskriver en enkel og reproducerbar metode til at skabe ~ 20% total body surface area (TBSA) forbrændinger i fuld tykkelse hos rotter. Her blev en 22,89 cm² (5,4 cm diameter) kobberstang opvarmet til 97 °C i et vandbad påført rottens hudoverflade for at fremkalde brandskaden. En kobberstang med høj varmeledningsevne var i stand til at sprede varmen dybere i hudvævet for at skabe en forbrænding i fuld tykkelse. Histologianalyse viser svækket epidermis med koagulativ skade på dermis og det subkutane vævs fulde tykkelse. Derudover er denne model repræsentativ for de kliniske situationer, der observeres hos indlagte brandsårspatienter efter forbrændingsskader, såsom immundysregulering og bakterielle infektioner. Modellen kan rekapitulere den systemiske bakterielle infektion med både grampositive og gramnegative bakterier. Afslutningsvis præsenterer dette papir en let at lære og robust rotteforbrændingsmodel, der efterligner de kliniske situationer, herunder immundysregulering og bakterielle infektioner, hvilket er af betydelig nytte for udviklingen af nye topiske antibiotika til brandsår og infektioner.

Introduction

Forbrændingsskader er blandt de mest ødelæggende former for traumer, hvor dødeligheden når 12% selv i specialiserede forbrændingscentre ^1,2,3. Ifølge nyligt offentliggjorte rapporter kræver ~ 486,000 brandsårspatienter lægehjælp årligt i USA, med næsten 3,500 dødsfald 1,2,3,4,5,6. Forbrændingsskader udgør en stor udfordring for patienternes immunsystem og skaber et betydeligt åbent sår, som er langsomt at helbrede, hvilket efterlader dem modtagelige for kutan, lunge- og systemisk kolonisering med nosokomiale, opportunistiske bakterier. Immundysregulering kombineret med bakterieinfektionen er forbundet med øget sygelighed og dødelighed hos brandsårspatienter⁷.

En dyreforbrændings- og infektionsmodel er afgørende for at studere patogenesen af bakterielle infektioner efter hudskader og immunundertrykkelse forbundet med forbrændingstraumer. Sådanne modeller muliggør design og evaluering af nye metoder til behandling af bakterielle infektioner hos brandsårspatienter. Rotter og mennesker har lignende hudfysiologiske og patologiske egenskaber, som tidligere er dokumenteret⁸. Derudover er rotter mindre i størrelse, hvilket gør dem lettere at håndtere, mere overkommelige og lettere at anskaffe og vedligeholde end større dyremodeller.

Disse egenskaber gør rotter til et ideelt modeldyr til at studere forbrændinger og infektioner⁹. Desværre er teknikken til forbrændingsinduktion inkonsekvent og ofte minimalt beskrevet 10,11,12,13,14. Denne protokol er designet til at udvikle en enkel, omkostningseffektiv og reproducerbar procedure til at skabe en konsistent forbrændingsskade i fuld tykkelse i en rottemodel, der simulerer det kliniske scenarie og kan bruges til at evaluere immunsuppression og bakteriel infektion.

Protocol

Alle procedurer blev godkendt af Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved University of North Carolina og blev udført i overensstemmelse med dets etablerede retningslinjer. Han- og hunrotter (250-300 g) i alderen 7-9 uger blev brugt til forsøgene. Alle dyr blev opstaldet i en 12 timer:12 timers lys-mørk cyklus med fri adgang til mad og vand ad libitum. Samarbejd altid med din institutionsdyrlæge om en smertestillende plan inden studiestart. 1. Forberedelse af …

Representative Results

Protokollen, der præsenteres her, er meget reproducerbar og resulterede i en tredjegrads brændeskade i fuld tykkelse hos rotter. Brandsåret fremstår voksagtigt hvidt efter induktion af forbrænding (figur 2B). Farven på brandskaden ændrede sig fra hvid til brun i løbet af 72 timer efter forbrænding (figur 2B-E). Histologisk analyse bekræftede en forbrænding i fuld tykkelse (dybde >2,61 mm ve…

Discussion

Flere forbrændingsmodeller er blevet præsenteret for at studere patofysiologien af brandskade 8,12,16,17. I denne undersøgelse anvendte vi en rottemodel til at udvikle en enkel og reproducerbar protokol til at inducere en forbrænding i fuld tykkelse efterfulgt af bakteriel infektion for at simulere et inficeret forbrændingstraume hos patienter. Valget af rotten som dyremodel til at efterli…

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