Modèle de brûlure de rat pour étudier les brûlures thermiques cutanées de pleine épaisseur et l’infection

Summary

Un modèle imitant le scénario clinique des brûlures et des infections est nécessaire pour faire avancer la recherche sur les brûlures. Le présent protocole démontre un modèle simple et reproductible d’infection par brûlure chez le rat, comparable à celui de l’homme. Cela facilite l’étude des brûlures et des infections après brûlure pour le développement de nouveaux traitements antibiotiques topiques.

Abstract

Les méthodologies d’induction des brûlures ne sont pas décrites de manière cohérente dans les modèles de rats. Un modèle uniforme de brûlure, qui représente le scénario clinique, est nécessaire pour effectuer des recherches reproductibles sur les brûlures. Le présent protocole décrit une méthode simple et reproductible pour créer des brûlures de toute épaisseur de ~20% de la surface corporelle totale (TBSA) chez les rats. Ici, une tige de cuivre de 22,89 cm² (5,4 cm de diamètre) chauffée à 97 °C dans un bain-marie a été appliquée sur la surface de la peau du rat pour provoquer la brûlure. Une tige de cuivre avec une conductivité thermique élevée a pu dissiper la chaleur plus profondément dans le tissu cutané pour créer une brûlure de pleine épaisseur. L’analyse histologique montre un épiderme atténué avec des dommages coagulatifs à toute l’épaisseur du derme et du tissu sous-cutané. De plus, ce modèle est représentatif des situations cliniques observées chez les patients hospitalisés souffrant de brûlures à la suite de brûlures telles qu’une dysrégulation immunitaire et des infections bactériennes. Le modèle peut récapituler l’infection bactérienne systémique par les bactéries à Gram positif et à Gram négatif. En conclusion, cet article présente un modèle de brûlure de rat robuste et facile à apprendre qui imite les situations cliniques, y compris la dysrégulation immunitaire et les infections bactériennes, ce qui est d’une utilité considérable pour le développement de nouveaux antibiotiques topiques pour les brûlures et les infections.

Introduction

Les brûlures sont parmi les formes de traumatisme les plus dévastatrices, avec des taux de mortalité atteignant 12%, même dans les centres spécialisés^dans les grands brûlés ^1,2,3. Selon des rapports récemment publiés, ~ 486 000 patients brûlés nécessitent des soins médicaux chaque année aux États-Unis, avec près de 3 500 décès 1,2,3,4,5,6. Les brûlures constituent un défi majeur pour le système immunitaire des patients et créent une plaie ouverte importante, qui est lente à guérir, les laissant vulnérables à la colonisation cutanée, pulmonaire et systémique par des bactéries nosocomiales et opportunistes. La dérégulation immunitaire combinée à l’infection bactérienne est associée à une augmentation de la morbidité et de la mortalité chez les patients brûlés⁷.

Un modèle de brûlure et d’infection animale est essentiel pour étudier la pathogenèse des infections bactériennes à la suite de lésions cutanées et d’une suppression immunitaire associée à un traumatisme par brûlure. De tels modèles permettent la conception et l’évaluation de nouvelles méthodes de traitement des infections bactériennes chez les patients brûlés. Les rats et les humains partagent des caractéristiques physiologiques et pathologiques cutanées similaires qui ont été précédemment documentées⁸. De plus, les rats sont de plus petite taille, ce qui les rend plus faciles à manipuler, plus abordables et plus faciles à se procurer et à entretenir que les modèles animaux plus grands.

Ces caractéristiques font des rats un animal modèle idéal pour étudier les brûlures et les infections⁹. Malheureusement, la technique d’induction des brûlures est incohérente et souvent décrite de manière minimale10,11,12,13,14. Le présent protocole est conçu pour mettre au point une procédure simple, rentable et reproductible pour créer une brûlure constante sur toute l’épaisseur dans un modèle de rat qui simule le scénario clinique et peut être utilisé pour évaluer l’immunosuppression et l’infection bactérienne.

Protocol

Toutes les procédures ont été approuvées par l’Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) de l’Université de Caroline du Nord et ont été menées conformément à ses lignes directrices établies. Des rats Sprague Dawley mâles et femelles (250-300 g) âgés de 7 à 9 semaines ont été utilisés pour les expériences. Tous les animaux ont été logés dans un cycle lumière-obscurité de 12 h:12 h avec un accès gratuit à la nourriture et à l’eau ad libitum. Travaillez toujours avec votre…

Representative Results

Le protocole présenté ici est hautement reproductible et a entraîné une brûlure au troisième degré de pleine épaisseur chez les rats. La plaie de brûlure apparaît blanc cireux après induction de la brûlure (Figure 2B). La couleur de la brûlure est passée du blanc au brun au cours des 72 heures suivant la brûlure (figure 2B-E). L’analyse histologique a confirmé une combustion sur tout…

Discussion

Plusieurs modèles de brûlures ont été présentés pour étudier la physiopathologie des brûlures 8,12,16,17. Dans la présente étude, nous avons utilisé un modèle de rat pour développer un protocole simple et reproductible pour induire une brûlure de pleine épaisseur suivie d’une infection bactérienne pour simuler un traumatisme de brûlure infecté chez les patients. Le choix du …

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