Rattenverbrennungsmodell zur Untersuchung der thermischen Verbrennung und Infektion der Haut in voller Dicke

Summary

Ein Modell, das das klinische Szenario von Verbrennungsverletzungen und -infektionen nachahmt, ist notwendig, um die Verbrennungsforschung voranzutreiben. Das vorliegende Protokoll demonstriert ein einfaches und reproduzierbares Modell für Rattenverbrennungen, das mit dem beim Menschen vergleichbar ist. Dies erleichtert die Untersuchung von Verbrennungen und Infektionen nach Verbrennungen für die Entwicklung neuer topischer Antibiotika-Behandlungen.

Abstract

Verbrennungsinduktionsmethoden sind in Rattenmodellen uneinheitlich beschrieben. Ein einheitliches Brandwundmodell, das das klinische Szenario darstellt, ist notwendig, um eine reproduzierbare Verbrennungsforschung durchzuführen. Das vorliegende Protokoll beschreibt eine einfache und reproduzierbare Methode, um bei Ratten Verbrennungen mit ~20% Gesamtkörperoberfläche (TBSA) in voller Dicke zu erzeugen. Hier wurde ein 22,89 cm² (5,4 cm Durchmesser) großer Kupferstab, der in einem Wasserbad auf 97 °C erhitzt wurde, auf die Hautoberfläche der Ratte aufgebracht, um die Brandverletzung zu induzieren. Ein Kupferstab mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit war in der Lage, die Wärme tiefer im Hautgewebe abzuleiten, um eine Verbrennung in voller Dicke zu erzeugen. Die histologische Analyse zeigt eine abgeschwächte Epidermis mit koagulativer Schädigung der gesamten Dicke der Dermis und des Unterhautgewebes. Darüber hinaus ist dieses Modell repräsentativ für die klinischen Situationen, die bei hospitalisierten Verbrennungspatienten nach Verbrennungsverletzungen wie Immundysregulation und bakteriellen Infektionen beobachtet werden. Das Modell kann die systemische bakterielle Infektion sowohl durch grampositive als auch durch gramnegative Bakterien rekapitulieren. Zusammenfassend stellt dieses Papier ein leicht zu erlernendes und robustes Rattenverbrennungsmodell vor, das die klinischen Situationen, einschließlich Immundysregulation und bakterieller Infektionen, nachahmt, was für die Entwicklung neuer topischer Antibiotika gegen Brandwunden und Infektionen von erheblichem Nutzen ist.

Introduction

Brandverletzungen gehören zu den verheerendsten Formen von Traumata, wobei die Sterblichkeitsrate selbst in spezialisierten Verbrennungszentren 12% erreicht ^1,2,3. Laut kürzlich veröffentlichten Berichten benötigen in den Vereinigten Staaten jährlich ~486.000 Verbrennungspatienten medizinische Versorgung, mit fast 3.500 Todesfällen 1,2,3,4,5,6. Verbrennungen stellen eine große Herausforderung für das Immunsystem der Patienten dar und verursachen eine signifikante offene Wunde, die nur langsam heilt und sie anfällig für kutane, pulmonale und systemische Besiedlung mit nosokomialen, opportunistischen Bakterien macht. Eine Immundysregulation in Kombination mit der bakteriellen Infektion ist mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität bei Verbrennungspatienten verbunden⁷.

Ein Verbrennungs- und Infektionsmodell für Tiere ist unerlässlich, um die Pathogenese bakterieller Infektionen nach Hautschäden und Immunsuppression im Zusammenhang mit Verbrennungstraumata zu untersuchen. Solche Modelle ermöglichen die Entwicklung und Evaluierung neuer Methoden zur Behandlung bakterieller Infektionen bei Verbrennungspatienten. Ratten und Menschen haben ähnliche hautphysiologische und pathologische Merkmale, die bereits dokumentiert wurden⁸. Darüber hinaus sind Ratten kleiner, wodurch sie einfacher zu handhaben, erschwinglicher und einfacher zu beschaffen und zu warten sind als größere Tiermodelle.

Diese Eigenschaften machen Ratten zu einem idealen Modelltier, um Verbrennungen und Infektionen zu untersuchen⁹. Leider ist die Technik zur Verbrennungsinduktion inkonsistent und oft minimal beschrieben 10,11,12,13,14. Das vorliegende Protokoll wurde entwickelt, um ein einfaches, kostengünstiges und reproduzierbares Verfahren zur Erzeugung einer konsistenten Verbrennungsverletzung in voller Dicke in einem Rattenmodell zu entwickeln, das das klinische Szenario simuliert und zur Bewertung der Immunsuppression und der bakteriellen Infektion verwendet werden kann.

Protocol

Alle Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) der University of North Carolina genehmigt und in Übereinstimmung mit den festgelegten Richtlinien durchgeführt. Für die Experimente wurden männliche und weibliche Sprague-Dawley-Ratten (250-300 g) im Alter von 7-9 Wochen verwendet. Alle Tiere wurden in einem Hell-Dunkel-Zyklus von 12 h:12 h mit freiem Zugang zu Futter und Wasser ad libitum untergebracht. Arbeiten Sie vor Beginn der Studie immer mit Ihrem institutionellen Tierarzt …

Representative Results

Das hier vorgestellte Protokoll ist hochgradig reproduzierbar und führte bei Ratten zu einer Brandverletzung dritten Grades in voller Dicke. Die Brandwunde erscheint nach der Verbrennungsinduktion wachsweiß (Abbildung 2B). Die Farbe der Brandverletzung änderte sich im Laufe von 72 Stunden nach der Verbrennung von weiß nach braun (Abbildung 2B-E). Die histologische Analyse bestätigte eine Verbrenn…

Discussion

Es wurden mehrere Verbrennungsmodelle vorgestellt, um die Pathophysiologie von Verbrennungsverletzungen^{zu untersuchen} 8,12,16,17. In der vorliegenden Studie haben wir ein Rattenmodell verwendet, um ein einfaches und reproduzierbares Protokoll zu entwickeln, um eine Verbrennung in voller Dicke zu induzieren, gefolgt von einer bakteriellen Infektion, um ein infiziertes Verbrennungstrauma bei Pati…

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