Modello di ratto burn per studiare l'ustione termica cutanea a tutto spessore e l'infezione

Summary

Un modello che imiti lo scenario clinico delle ustioni e delle infezioni è necessario per promuovere la ricerca sulle ustioni. Il presente protocollo dimostra un modello semplice e riproducibile di infezione da ustione da ratto paragonabile a quello dell’uomo. Ciò facilita lo studio delle ustioni e delle infezioni successive all’ustione per lo sviluppo di nuovi trattamenti antibiotici topici.

Abstract

Le metodologie di induzione delle ustioni sono descritte in modo incoerente nei modelli di ratto. Un modello uniforme di ferita da ustione, che rappresenta lo scenario clinico, è necessario per eseguire ricerche di ustioni riproducibili. Il presente protocollo descrive un metodo semplice e riproducibile per creare ~ 20% di superficie corporea totale (TBSA) ustioni a tutto spessore nei ratti. Qui, una barra di rame di 22,89 cm² (5,4 cm di diametro) riscaldata a 97 °C a bagnomaria è stata applicata sulla superficie della pelle di ratto per indurre la lesione da ustione. Una barra di rame con un’alta conduttività termica è stata in grado di dissipare il calore più in profondità nel tessuto cutaneo per creare un’ustione a tutto spessore. L’analisi istologica mostra epidermide attenuata con danno coagulativo all’estensione a tutto spessore del derma e del tessuto sottocutaneo. Inoltre, questo modello è rappresentativo delle situazioni cliniche osservate nei pazienti ustionati ospedalizzati a seguito di lesioni da ustione come la disregolazione immunitaria e le infezioni batteriche. Il modello può ricapitolare l’infezione batterica sistemica da entrambi i batteri Gram-positivi e Gram-negativi. In conclusione, questo articolo presenta un modello di ustione di ratto facile da imparare e robusto che imita le situazioni cliniche, tra cui la disregolazione immunitaria e le infezioni batteriche, che è di notevole utilità per lo sviluppo di nuovi farmaci antibiotici topici per ustioni e infezioni.

Introduction

Le ustioni sono tra le forme più devastanti di trauma, con tassi di mortalità che raggiungono il 12% anche nei centri specializzati per ustioni ^1,2,3. Secondo rapporti pubblicati di recente, ~ 486.000 pazienti ustionati richiedono cure mediche ogni anno negli Stati Uniti, con quasi 3.500 morti 1,2,3,4,5,6. Le ustioni impongono una grande sfida per il sistema immunitario dei pazienti e creano una significativa ferita aperta, che è lenta a guarire, lasciandoli suscettibili alla colonizzazione cutanea, polmonare e sistemica con batteri nosocomiali e opportunisti. La disregolazione immunitaria combinata con l’infezione batterica è associata ad un aumento della morbilità e della mortalità nei pazienti ustionati⁷.

Un modello di ustione e infezione animale è essenziale per studiare la patogenesi delle infezioni batteriche a seguito di danni cutanei e soppressione immunitaria associata a traumi da ustione. Tali modelli consentono la progettazione e la valutazione di nuovi metodi per il trattamento delle infezioni batteriche nei pazienti ustionati. I ratti e gli esseri umani condividono caratteristiche fisiologiche e patologiche cutanee simili che sono state precedentemente documentate⁸. Inoltre, i ratti sono di dimensioni più piccole, rendendoli più facili da gestire, più economici e più facili da procurarsi e mantenere rispetto ai modelli animali più grandi.

Queste caratteristiche rendono i ratti un animale modello ideale per studiare ustioni e infezioni⁹. Sfortunatamente, la tecnica per l’induzione della bruciatura è incoerente e spesso descritta in minima parte 10,11,12,13,14. Il presente protocollo è progettato per sviluppare una procedura semplice, economica e riproducibile per creare una lesione da ustione a tutto spessore coerente in un modello di ratto che simula lo scenario clinico e può essere utilizzata per valutare la soppressione immunitaria e l’infezione batterica.

Protocol

Tutte le procedure sono state approvate dall’Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) dell’Università della Carolina del Nord e sono state condotte in conformità con le linee guida stabilite. Per gli esperimenti sono stati utilizzati ratti Sprague Dawley maschi e femmine (250-300 g) di età compresa tra 7 e 9 settimane. Tutti gli animali sono stati alloggiati in un ciclo luce-buio di 12 ore: 12 h con libero accesso al cibo e all’acqua ad libitum. Lavora sempre con il tuo veterinario istituzionale su…

Representative Results

Il protocollo qui presentato è altamente riproducibile e ha provocato una lesione da ustione di terzo grado a tutto spessore nei ratti. La ferita da ustione appare bianca cerosa dopo l’induzione dell’ustione (Figura 2B). Il colore della lesione da ustione è cambiato da bianco a marrone nel corso di 72 ore dopo l’ustione (Figura 2B-E). L’analisi istologica ha confermato un’ustione a tutto spessore (p…

Discussion

Sono stati presentati diversi modelli di ustioni per studiare la fisiopatologia delle ustioni 8,12,16,17. Nel presente studio, abbiamo impiegato un modello di ratto per sviluppare un protocollo semplice e riproducibile per indurre un’ustione a tutto spessore seguita da un’infezione batterica per simulare un trauma da ustione infetto nei pazienti. La scelta del ratto come modello animale per imi…

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