Ein Mausmodell für mechanotransduktionsgetriebene, menschenähnliche hypertrophe Narbenbildung
29. November 2024
In diesem Protokoll wird erklärt, wie ein hypertrophes Narbenmodell für Mausen etabliert werden kann, das die Mechanotransduktionssignalisierung erhöht, um menschenähnliche Narbenbildung zu simulieren. Bei dieser Methode wird die mechanische Spannung an einem Heilungsschnitt bei einer Maus erhöht und mit einem speziellen Gerät reproduzierbares, überschüssiges Narbengewebe für detaillierte histologische und bioinformatische Analysen erzeugt.
Hypertrophe Narbenbildung ist ein abnormaler Prozess der Wundheilung, der zu einer übermäßigen Bildung von Narbengewebe führt. Die Schaffung menschenähnlicher fibrotischer Modelle kann dazu beitragen, Therapien zu entwickeln, um Narbenbildung zu verhindern und die Regeneration zu fördern. In den letzten zehn Jahren haben wir gezeigt, dass die mechanische Transduktion, bei der mechanische Reize in zelluläre Reaktionen umgewandelt werden, zu einer übermäßigen Narbenbildung führt.
Wir haben mechanische Reize gehemmt und festgestellt, dass es die Heilung und Regeneration in Großtiermodellen fördert, und haben auch seine Bedeutung für die Fremdkörperreaktion auf biomedizinische Implantate identifiziert. Nach einer Verletzung bilden Mäuse weniger Narben als Menschen, da sie eine lockerere und dünnere Haut haben und die darunter liegende Muskelschicht, der Musculus panniculus carnosus, die Wunde zusammenzieht. Wir haben ein Mausmodell entwickelt, das eine menschliche mechanische Belastung auf eine heilende Wunde ausübt, um ein menschenähnliches hypertrophes Narbenmodell zu erstellen.
Unser Protokoll zeichnet sich durch seine Einfachheit, Reproduzierbarkeit und Biomimikry aus. Indem wir mechanische Spannung auf Wunden ausüben, induzieren wir zuverlässig eine menschenähnlichere hypertrophe Narbenbildung, indem wir physiologische mechanische Transduktionswege nutzen, anstatt uns auf Verbrennungs- oder chemische Verletzungsmodelle zu verlassen. Dies spiegelt zuverlässig wider, wie sich hypertrophe Narbenbildung im Körper bildet, und ist daher sehr gut übertragbar.
Insgesamt untersucht unser Labor, wie die mechanische Signalübertragung pharmakologisch gesteuert werden kann, um die Fibrose in allen Organsystemen zu reduzieren. Konkret werden wir anhand dieses Modells andere Anti-Narben-Therapien untersuchen, wie z. B. geweberegeneratives Gerüst, Wundauflagen und Steroide. Platzieren Sie zunächst die betäubte Maus auf der Bedienfläche.
Führen Sie die Mausnase zur Aufrechterhaltung der Anästhesie in die Öffnung des Nasenkegels ein. Bestätigen Sie die Tiefe der Anästhesie durch das Fehlen einer Reaktion auf ein Zehenklemmen. Injizieren Sie mit einer 21-Gauge-Nadel 0,05 Milligramm pro Kilogramm Buprenorphin subkutan in die Schulter zur postoperativen Schmerzbehandlung.
Desinfizieren Sie den Rücken der Maus mit drei abwechselnden Runden Peeling auf Jod- oder Chlorhexidinbasis und Alkoholtupfer. Machen Sie nun mit einem Skalpell einen Schnitt in voller Dicke der dorsalen Mittellinie entlang des markierten Bereichs. Schließen Sie den Schnitt mit 5-0-Nähten in einem einfachen, unterbrochenen Muster, indem Sie die Wunde halbieren.
Schneide eine Telfa-Gaze in ein drei mal einen Zentimeter großes Stück. Legen Sie das Mullstück in die Mitte eines Folienkleberverbandes und tragen Sie ihn auf den Rücken auf, wobei Sie darauf achten, dass die Gaze den Schnitt bedeckt. Lege dann einen halbierten Verband auf den Bauch und wickle ihn umlaufend, bis er auf den Rückenverband trifft.
Nachdem Sie die Wunde verbunden haben, setzen Sie die Maus in einen separaten sterilen Käfig und überwachen Sie sie, bis sie sich vollständig von der Narkose erholt hat. Vier Tage nach dem Erstellen des dorsalen Mittellinienschnitts betäuben Sie die Maus und platzieren Sie sie auf einer Arbeitsplattform. Trennen Sie den Verband mit einer Pinzette vom Bauch der Maus, indem Sie das Werkzeug von Seite zu Seite gegen die Bauchseite führen.
Lassen Sie das Werkzeug zwischen dem Wickel und der Haut, um den Verband von der Haut abzuheben. Schneide dann mit einer Schere den Verband ab. Reinigen Sie den Rücken mit einem Alkoholtupfer.
Untersuchen Sie den Schnitt auf Wunddehiszenz oder Anzeichen einer Infektion. Bestreichen Sie anschließend die Arme des hypertrophen Narben- oder HTS-Geräts leicht mit medizinischem Kleber. Ziehen Sie mit einer Hand die Haut auf dem Mäuserücken in Querrichtung leicht straff.
Platzieren Sie dann mit Hilfe der anderen Hand das HTS-Gerät auf dem Rücken und stellen Sie sicher, dass der Schnitt gleich weit von jedem Arm entfernt ist und die Haut zwischen den Armen gleichmäßig straff ist. Befestigen Sie nach dem Trocknen vier Nähte um jeden Arm des Geräts und durch die Haut und stellen Sie sicher, dass die Nadel in Richtung des Schnitts austritt. Legen Sie nun drei Hautklammern um die Arme des Geräts und befestigen Sie es an der Haut.
Legen Sie dann das Telfa-Mullstück in die Mitte eines Folienklebeverbandes und tragen Sie ihn auf den Rücken der Maus auf, wobei Sie darauf achten, dass die Gaze den Schnitt bedeckt. Lege einen halbierten Verband auf den Bauch und wickle ihn umlaufend, bis er auf den Rückenverband trifft. Am nächsten Tag entfernen Sie die Nähte mit einer Dissektionsschere aus der Wunde.
Für die erste Dehnung des HTS-Geräts stecken Sie den HTS-Geräteschlüssel in das Gerät und drehen Sie ihn, um das Gerät zu erweitern, bis die Haut straff ist, aber nicht mehr die Gefahr eines Reißens besteht. Verbinden Sie zum Schluss die Maus wie zuvor gezeigt. Die Mäuse der Stretch-Gruppe wiesen im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant breitere Narben auf, mit einer maximalen Narbenbreite von 0,99 Millimetern am postoperativen Tag neun, die an postoperativen 15 und 19 Tagen signifikant breiter blieb.
Übersicht
Dieses Protokoll erläutert, wie man ein murines Modell einer hypertrophischen Narbenbildung etabliert, das menschenähnliche Vernarbung durch erhöhte Mechanotransduktionssignalgebung simuliert. Die Methode beinhaltet die Anwendung mechanischer Spannung über eine heilende Inzision bei einer Maus, um überschüssiges Narbengewebe für detaillierte Analysen zu erzeugen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Wundheilung
- Mechanotransduktion
Hintergrund
- Die hypertrophe Narbenbildung ist ein abnormer Wundheilungsprozess.
- Die mechanische Signalübertragung fördert die übermäßige Narbenbildung.
- Mäuse bilden aufgrund anatomischer Unterschiede weniger Narben als Menschen.
- Menschliche fibrotische Modelle können bei der Entwicklung von Therapien gegen Narbenbildung helfen.
Zweck der Studie
- Erstellung eines murinen Modells, das menschlichen hypertrophen Narbenbildung nachahmt.
- Untersuchung der Rolle mechanischer Dehnung bei der Narbenbildung.
- Unterstützung der Entwicklung von Therapien zur Verhinderung von Narbenbildung.
Verwendete Methoden
- Anwendung mechanischer Spannung auf heilende Inkisionen.
- Verwendung spezialisierter Geräte zur Erzeugung reproduzierbarer Narbengewebe.
- Histologische Analysen von Narbengewebe.
- Bioinformatische Analysen zum Verständnis der Mechanotransduktions-Signalgebung.
Hauptergebnisse
- Entwicklung eines zuverlässigen murinen Modells zur Untersuchung der hypertrophen Narbenbildung.
- Nachweis einer erhöhten Mechanotransduktionssignalgebung bei der Narbenbildung.
- Erkenntnisse über zelluläre Reaktionen auf mechanische Reize.
- Mögliche Implikationen für therapeutische Ansätze bei Narbenbildung.
Schlussfolgerungen
- Das murine Modell simuliert effektiv menschenähnliche Narbenbildung.
- Mechanische Belastung spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Narbengewebe.
- Mit diesem Modell können therapeutische Strategien zur Behandlung von Narben untersucht werden.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die durch Mechanotransduktion verursachte hypertrophe Narbenbildung stellt eine entscheidende translativmedizinische Herausforderung in der Forschung zu Fibrose und Wundheilung dar. Dieses humanähnliche murine Modell ermöglicht die vorhersagende Bewertung von antifibrotischen Wirkstoffen und Biologika, die auf Mechanotransduktionswege abzielen. Seine Reproduzierbarkeit und physiologische Relevanz unterstützen die risikoadjustierte Weiterentwicklung von Wirkstoffkandidaten für Indikationen im Bereich Narbenbildung und Fremdkörperreaktionen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die Untersuchung von Mechanotransduktionswegen, die bei fibrotischen Erkrankungen eine Rolle spielen.
- Ermöglicht die funktionelle Validierung von Zielstrukturen, die die Narbenbildung unter biomechanischer Belastung modulieren.
- Unterstützt die biologische Risikominimierung durch Modellierung humanähnlicher fibrotischer Reaktionen in vivo.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet ein validiertes In-vivo-System zur quantitativen Bewertung von antifibrotischen Substanzen.
- Ermöglicht die reproduzierbare Messung der Narbenbreite und histologischer Endpunkte für die Untersuchung.
- Unterstützt die Standardisierung von Assays für die Vergleichbarkeit zwischen Studien und Forschungsteams.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht die Ausrichtung der präklinischen Wirksamkeitsprüfung auf fibrotische Mechanismen, die für die menschliche Erkrankung relevant sind.
- Ermöglicht die Bewertung von Biologika, Gerüsten und Wundauflagen in einem prädiktiven Modell.
- Unterstützt die translationale Kontinuität von der mechanistischen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieses Modell verbindet die frühe Entdeckung, die Zielvalidierung und die präklinische Wirksamkeitsprüfung von anti-fibrotischen Substanzen und Therapeutika zur Wundheilung.
- Entdeckungsbiochemie: Ermöglicht die Hypothesenprüfung mechanischer Signalübertragung bei Fibrose und Wundheilung.
- Screening: Liefert reproduzierbare, quantitative Narbenmessgrößen zur Bewertung von Substanzen.
- Analytik: Ermöglicht den statistischen Vergleich von Narbenbreite und histologischen Merkmalen zwischen verschiedenen Behandlungsgruppen.
- Translationale Forschung: Stellt ein krankheitsrelevantes System für die präklinische Bewertung von Therapiekandidaten bereit.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Dient als Plattformmodell für verschiedene, mechanotransduktionsbezogene fibrotische Erkrankungen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Validierung antifibrotischer Zielstrukturen und der mechanistischen Entschärfung von Risiken.
- Operativer Wert: Standardisiert die in-vivo-Modellierung von Fibrose hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit.
- Strategischer Wert: Verbessert die Go/No-Go-Entscheidungen für Kandidaten im Portfolio, die auf Narbenbildung und Fibrose abzielen.
- Portfolio-Implikation: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung von Therapeutika mit translationaler Relevanz.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der chirurgischen Behandlung von Nagern und in Wundversorgungsprotokollen.
- Benötigt Zugang zu biomechanischen Belastungsvorrichtungen und Infrastruktur für die histologische Analyse.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise über mehrere Arbeitsgruppen hinweg bei der Wunderzeugung, der Platzierung von Geräten und der Definition von Messendpunkten.
- Die Anpassung an andere fibrotische Modelle könnte eine Optimierung des Protokolls hinsichtlich der Gewebe- oder Organ-spezifischen Gegebenheiten erfordern.
- Zu den Einschränkungen gehören anatomische Unterschiede zwischen der Maus- und der menschlichen Haut, die die direkte Übertragbarkeit beeinträchtigen können.
