Articolo metodologico

Protocollo per creare ferite croniche nei topi diabetici

DOI:

10.3791/57656

⸱

25 settembre 2019

 , 
1Department of Molecular, Cell and Systems Biology, University of California, Riverside

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le ferite croniche sono sviluppate da ferite acute su un modello di topo diabetico inducendo alti livelli di stress ossidativo dopo una ferita cutanea a tutto spessore. La ferita viene trattata con inibitori per catalasi e glutathione peroxidasi, con conseguente alterazione della guarigione e sviluppo di biofilm da parte di batteri presenti nel microbioma cutaneo.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Le ferite croniche si sviluppano a seguito di una regolazione difettosa in uno o più processi cellulari e molecolari complessi coinvolti in una corretta guarigione. Hanno un impatto sulle persone di 6,5 milioni di dollari e costano 40 miliardi di dollari all'anno solo negli Stati Uniti. Anche se è stato investito uno sforzo significativo per capire come si sviluppano le ferite croniche negli esseri umani, le domande fondamentali rimangono senza risposta. Recentemente, abbiamo sviluppato un nuovo modello murino per le ferite croniche diabetiche che hanno molte caratteristiche delle ferite croniche umane. Utilizzando topi db/db-/-, possiamo generare ferite croniche inducendo alti livelli di stress ossidativo (OS) nel tessuto della ferita immediatamente dopo la ferita, utilizzando un trattamento una tantum con inibitori specifici per gli enzimi antiossidanti catalasi e perossidasi glutathione. Queste ferite hanno alti livelli di OS, sviluppano biofilm naturalmente, diventano completamente croniche entro 20 giorni dal trattamento e possono rimanere aperte per più di 60 giorni. Questo nuovo modello ha molte caratteristiche delle ferite croniche diabetiche negli esseri umani e quindi può contribuire in modo significativo ad far progredire la comprensione fondamentale di come le ferite diventano croniche. Questo è un importante passo avanti perché le ferite croniche negli esseri umani causano dolore significativo e angoscia ai pazienti e provocano l'amputazione se irrisolto. Inoltre, queste ferite sono molto costose e dispendiose in termini di tempo per il trattamento e portano a una significativa perdita di reddito personale per i pazienti. I progressi in questo campo di studio attraverso l'uso del nostro modello di ferita cronica possono migliorare significativamente l'assistenza sanitaria per milioni di persone che soffrono in questa condizione debilitante. In questo protocollo, descriviamo in dettaglio la procedura per far sì che le ferite acute diventino croniche, cosa che non è mai stata fatta prima.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La guarigione delle ferite comporta complessi processi cellulari e molecolari regolati temporalmente e spazialmente, organizzati in fasi sequenziali e sovrapposte che coinvolgono molti tipi di cellule diverse, tra cui, ma non solo, alla risposta immunitaria e alla vascolare sistema1. Immediatamente dopo che la pelle subisce una lesione, fattori e cellule del sangue si aggregano al sito della ferita e avviano la cascata di coagulazione per formare un coagulo. Dopo l'omeostasi raggiunta, i vasi sanguigni si dilatano per far entrare nel sito della ferita ossigeno, sostanze nutritiche, enzimi, anticorpi e fattori chemiotattici che chemoattrale polimorfonucleociti per eliminare il letto della ferita da detriti estranei e enzimi proteolitici secerneri 2. Le piastrine attivate secernono una varietà di fattori di crescita per stimolare i cheratinociti sul bordo della ferita per epitecarizzare nuovamente l'area ferita. I monociti reclutati nel sito della ferita si differenziano in macrofagi che fagocitosi batteri e neutrofili morti e secernono ulteriori fattori per mantenere i segnali cheratinociti proliferanti e pro-migranti. Nella fase di proliferazione, mentre la riepitelializzazione continua, nuovo tessuto di granulazione composto da fibroblasti, monociti/macrofagi, linfociti e cellule endoteliali continua il processo di ricostruzione2. L'angiogenesi viene stimolata promuovendo la proliferazione e la migrazione delle cellule endoteliali, con conseguente sviluppo di nuovi vasi. L'epitelizzazione e il rimodellamento della matrice extracellulare costruiscono una barriera contro l'ambiente. Come la ferita guarisce e tessuto di granulazione si evolve in una cicatrice, l'apoptosi elimina le cellule infiammatorie, fibroblasti, e le cellule endoteliali senza causare ulteriori danni ai tessuti. La resistenza alla tensione del tessuto è esaltata dai fibroblasti che rimodellano vari componenti della matrice extracellulare, come il collagene, in modo che il tessuto appena formato sia quasi forte e flessibile come la pelle non leato2.

Qualsiasi deviazione da questa progressione altamente concertata verso la chiusura delle ferite porta a ferite alterate e/o croniche3. Le ferite croniche sono caratterizzate da un aumento dello stress ossidativo, infiammazione cronica, microvascolatura danneggiata e matrice anormale del collagene nella ferita4. Lo stress ossidativo, soprattutto nella ferita, può ritardare la chiusura della ferita2,5. Quando, nella prima fase di guarigione delle ferite, la fase infiammatoria diventa non regolamentata, il tessuto ospite assume danni estesi a causa di un afflusso continuo di cellule infiammatorie5 che rilasciano enzimi citotossici, un aumento dei radicali liberi di ossigeno, e mediatori infiammatori non regolamentati, con conseguente morte cellulare6,7.

In questo microambiente distruttivo, i batteri che formano biofilm sfruttano i nutrienti dell'ospite e contribuiscono al danno del tessuto ospite2. Questi biofilm sono difficili da controllare e rimuovere perché le sostanze polimeriche extracellulari idratate composte da proteine, DNA, RNA e polisaccaridi consentono ai batteri ospitati all'interno di essere tolleranti alle terapie antibiotiche convenzionali ed eludere il risposta immunitaria innata e adattativa dell'ospite2,8,9.

Studiare le ferite croniche è fondamentale perché hanno un impatto su 6,5 milioni di dollari di persone ed costano 40 miliardi di dollari all'anno solo negli Stati Uniti10. I pazienti con diabete hanno aumentato i rischi per lo sviluppo di ferite croniche che richiedono amputazioni per contenere la diffusione dell'infezione. Questi pazienti hanno un rischio di mortalità del 50% entro 5 anni dall'amputazione attribuita al meccanismo di fisiopatologia del diabete11. La relazione tra il sistema immunitario dell'ospite e il microbioma nella guarigione delle ferite è un argomento vitale della ricerca in corso perché le conseguenze delle ferite croniche, se irrisolte, includono l'amputazione e la morte12.

Anche se uno sforzo significativo è stato investito nella comprensione di come si sviluppano le ferite croniche negli esseri umani, non è ancora chiaro come e perché si formano le ferite croniche. Gli esperimenti per studiare i meccanismi di guarigione alterata sono difficili da condurre negli esseri umani, e gli specialisti di guarigione delle ferite vedono solo i pazienti con ferite croniche che hanno già raggiunto la cronicità per settimane o mesi. Così, gli specialisti non sono in grado di studiare quali processi sono andati male che portano la ferita a svilupparsi per diventare cronica2. Mancano modelli animali che riassumono la complessità delle ferite croniche umane. Fino a quando non è stato sviluppato il nostro modello, non esisteva alcun modello per gli studi sulle ferite croniche.

Il modello della ferita cronica è stato sviluppato nei topi che hanno una mutazione nel recettore della leptina (db/db-/-)13. Questi topi sono obesi, diabetici e hanno problemi di guarigione ma non sviluppano ferite croniche14. Livelli di glucosio nel sangue media intorno 200 mg/dL, ma può essere alto come 400 mg/dL15. Quando alti livelli di stress ossidativo (OS) nel tessuto della ferita vengono indotti immediatamente dopo la ferita, la ferita diventa cronica16. Le ferite db/db-/- sono considerate croniche entro 20 giorni e rimangono aperte per 60 giorni o più. I biofilm prodotti dai batteri possono essere visti in via di sviluppo a partire da tre giorni dopo la ferita; un biofilm maturo può essere visto 20 giorni dopo il ferimento e persiste fino alla chiusura della ferita. I batteri che formano i biofilm che troviamo in questi topi si trovano anche nelle ferite croniche diabetiche umane.

Lo stress ossidativo è indotto dal trattamento delle ferite con due inibitori di enzimi antiossidanti, catalasi e glutathione perossidasi, due enzimi con la capacità di abbattere il perossido di idrogeno. Il perossido di idrogeno è una specie reattiva di ossigeno e può causare danni cellulari attraverso l'ossidazione di proteine, lipidi e DNA. Catalase catalizza la decomposizione del perossido di idrogeno in ossigeno e acqua chimici meno nocivi. 3-Amino-1,2,4-triazole (TT) inibisce la catalasi legando specificamente e covalentmente al centro attivo dell'enzima, inattivandolo17,18,19. L'ATA è stato utilizzato per studiare gli effetti dello stress ossidativo sia in vitro che in vivo attraverso l'inibizione della catalise20,21,22,23,24. Glutathione perossidase catalizza la riduzione del perossido di idrogeno attraverso l'antiossidante, glutathione, ed è un enzima importante che protegge la cellula contro lo stress ossidativo25. L'acido mercaptosuccinico (MSA) inibisce la glutathione peroxidasi legandosi al sito attivo selenocisteine dell'enzima con tiol, inattivandolo26. MSA è stato utilizzato per studiare gli effetti dello stress ossidativo in vitro e in vivo così come20,27,28.

Questo nuovo modello di ferite croniche è un modello potente da studiare perché condivide molte delle stesse caratteristiche osservate nelle ferite croniche diabetiche umane, tra cui l'infiammazione prolungata da un aumento del sistema operativo e la formazione di biofilm naturale dal microbioma cutaneo. Le ferite hanno alterate l'interazione dermicaia, deposizione anomala di matrice, scarsa angiogenesi e vascolatura danneggiata. Le ferite croniche si svilupperanno sia nei topi maschi che in quella femminile, quindi entrambi i sessi possono essere utilizzati per studiare le ferite croniche. Pertanto, il modello di ferita cronica può contribuire in modo significativo a far progredire la comprensione fondamentale di come iniziano tali ferite. L'utilizzo di questo modello di ferita cronica può fornire risposte a domande fondamentali su come la cronicità viene iniziata / ottenuta attraverso i contributi della fisiologia della guarigione alterata delle ferite e del microbioma dell'ospite.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tutti gli esperimenti sono stati completati in conformità e il rispetto delle normative federali e la politica e le procedure dell'Università della California sono state approvate dall'Università della California, Riverside IACUC.

1. Animale

  1. Utilizzare diabetico e obesi B6. BKS(D)-Mouse Leprdb/J per il modello di ferita cronica. Le opzioni di acquisto includono eterozigoti per l'allevamento o omozigoti direttamente per esperimenti.
  2. Alleva maschi e donne eterozigoti per produrre prole. Solo un quarto dei rifiuti abbandonati, statisticamente, crescerà fino a diventare diabetico e obeso (db/db-/--).
  3. Topi di svelto e casadb/db/- insieme ai loro compagni di cucciolata 3 settimane dopo la nascita. Separare i topi db/db-/- dai loro compagni di cucciolata 5 settimane dopo la nascita e la casa con altri topi db/db/- fino a quando non hanno 5-6 mesi e possono essere utilizzati per il modello di ferita cronica. Durante questo periodo, può svilupparsi un microbioma cutaneo maturo e complesso.
    NOTA: I topi db/db-/- sono facilmente identificabili visivamente dai littermates tra 3-5 settimane di età. I topi db/db -/- sono obesi, sono diabetici e saranno significativamente più grandi e più rotondi rispetto al tipo selvaggio e ai compagni di lettiera eterozigosia. Il loro addome può apparire leggermente più rosa e i fianchi più grandi. L'aumento di peso deve essere confermato prima dell'intervento chirurgico. Inoltre, è possibile misurare alti livelli di glucosio nel sangue e genotipo del topo per confermare la mutazione nel recettore della leptina.

2. Vivarium e marito

  1. Casa db /db-/- topi in un vivaio convenzionale (non una barriera / struttura specifica patogeno libero) in modo che una microflora può essere stabilita sulla pelle di db / db-/- topi. Per modellare specificamente gli esseri umani che soffrono di ferite croniche, non prendere precauzioni speciali per prevenire l'esposizione a agenti patogeni.
  2. Proteggere le gabbie con piani di micro isolatore per ridurre al minimo la diffusione dell'infezione all'interno del vivaio. Cambia le gabbie due volte a settimana con nuove lenzuola e dai da mangiare ai topi con un normale vivarium. Non autoclave sia la biancheria da letto o il cibo.
  3. Impostare la temperatura ambiente a distanza compresa tra 21 e 24 gradi centigradi, con piccole fluttuazioni a seconda del periodo dell'anno. L'umidità, riflettente del clima e della posizione, varia tra il 19 e il 70%.

3. Requisiti per lo sviluppo di ferite croniche

  1. Utilizzare solo topi maschi e femmine che sono fenotipicamente obesi, diabetici, e almeno 5-6 mesi di età per lo sviluppo di ferite croniche. Il peso di questi topi dovrebbe variare tra 40-80 g, in media circa 60 g.
  2. Non utilizzare topi considerati obesi ma pesano meno di 50 g.
    NOTA: A tutti i topi a cui si fa riferimento in questo protocollo passano le qualifiche qui descritte se non diversamente specificato.

4. Rasatura e applicazione della Lozione Depilatoria

NOTA: Rimuovere i capelli indesiderati sul dorsum del mouse prima di ferire. La seguente procedura viene eseguita su topi db/db-/- dal vivo che non sono in anestesia il giorno prima dell'intervento chirurgico. Prendere precauzioni per prevenire lo stress e danni all'animale.

  1. truciolo
    1. Posizionare il mouse su una superficie pulita e afferrare la base della coda del mouse con il pollice e il secondo dito per fissare la posizione del mouse. Il mouse può saltare o fare movimenti improvvisi; in caso affermativo, rispondere rapidamente e tirare indietro i clipper per evitare lesioni.
    2. Rasare i capelli del mouse con un tagliacapelli (Figure 1A, 1B). Posizionare la lama parallela alla pelle del mouse e radere l'intera schiena dal collo alla coda, compreso tutto intorno alla coda, per consentire una superficie sufficientemente grande per posizionare una pellicola trasparente medicazione (vedere Tabella dei materiali). Eseguire leggermente la lama contro la direzione di crescita dei capelli per il taglio più efficiente. (Figura 1B).
      1. Non premere la lama profondamente nella pelle, poiché può danneggiare la pelle da lividi o taglio.
  2. Applicazione della lozione depilatoria
    NOTA: Utilizzare lozione depilatoria per ottenere una pelle molto liscia in modo che la medicazione trasparente possa aderire saldamente.
    1. Immergere la pelle del topo con acqua per evitare ustioni chimiche premendo leggermente una salvietta di carta inzuppata contro la pelle rasata con una pressione sufficiente a bagnare i capelli già tagliati contro la pelle.
    2. Mentre la pelle è bagnata, strofinare leggermente la pelle del topo con un piccolo ciuffo di lozione depilatoria (vedi Tabella dei materiali) per 15-20 s ( Figure1C, 1D). Stendere completamente la lozione ovunque i capelli siano stati tagliati corti. Utilizzare più lozione se il mouse è più grande.
    3. Non applicare lozione sulle orecchie del mouse, della coda o in qualsiasi punto vicino al viso. Se la lozione arriva sulle orecchie o sulla coda, basta pulire con una salvietta di carta bagnata fino al risciacquo. Se la lozione arriva sul viso del mouse, lavare immediatamente il mouse sotto rubinetto in esecuzione o acqua divinizzata per evitare danni agli occhi, al naso e alla bocca.
    4. Lasciare la lozione per reagire con i capelli per un ulteriore 20-45 s dopo l'applicazione.
    5. Prima di risciacquare, controllare il completamento della reazione depilatoria asciugando leggermente la lozione dalla pelle in varie posizioni (Figura 1E) con un dito guantato o una spatola metallica sottile. La reazione è completa se la pelle è rosa senza la presenza di capelli neri. È meglio controllare rapidamente che i capelli siano stati effettivamente rimossi prima del risciacquo che risciacquare prematuramente e poi dover applicare di nuovo la lozione.
  3. Risciacquo
    NOTA: Una volta verificato il completamento della reazione di rimozione dei peli, lavare il mouse con rubinetto o acqua dionizzata per rimuovere la lozione depilatoria e prevenire ustioni chimiche.
    1. Posizionare il mouse sulla mano guantata sinistra e premere la base della coda contro il palmo con il pollice sinistro per evitare che il mouse si muova. Chiudere e raddrizzare il resto delle dita sinistre per evitare che il mouse morda.
    2. Posizionare il mouse in modo che la regione faccia / testa è lontano dal flusso d'acqua e il flusso di acqua tiepida può cadere dietro la testa e solo sul retro. Strofinare rapidamente ma delicatamente la parte posteriore del mouse con la mano guantata destra per lavare via la lozione.
    3. Una volta che la pelle del mouse è libera dalla lozione, pulire rapidamente il mouse con un tovagliolo di carta per assorbire la maggior parte dell'acqua (Figura 1F).
  4. Cura dopo la rasatura e la depilazione
    1. Controllare e pulire qualsiasi lozione depilatoria residua che può rimanere sulle orecchie e sulla coda con una salvietta di carta bagnata.
    2. Riposizionare il mouse nella sua gabbia individuale e posizionarla su una piastra di riscaldamento (40-45 gradi centigradi) per circa 30 min. Il mouse dovrebbe tornare al comportamento normale, correre intorno, e lo sposo stesso entro pochi min.
    3. Casa ogni topo in una gabbia separata per tutta la durata dell'esperimento. La pelle dei topi non è più protetta e può essere facilmente graffiata e morsa da altri topi.
    4. Dal momento che la lozione depilatoria può avere lievi effetti irritanti che possono interferire con o alterare il processo di guarigione della ferita, attendere 18-24 h prima dell'intervento chirurgico per consentire alla pelle del mouse di calmarsi e il mouse per adattarsi alla mancanza di capelli sulla schiena.
  5. Rimozione dei capelli dalla pelle con pigmentazione scura
    NOTA: Alcuni topi db/db-/- avranno potenzialmente macchie scure nella pelle che avranno i capelli che ricrescono più velocemente e più forte della pelle senza queste macchie. (Figura 2A). Queste aree scure della pelle appaiono di colore più scuro a causa di follicoli piliferi stadio anagen medio-tardi e/o incontinenza pigmento29,30.
    1. Se si notano macchie scure, applicare di nuovo lozione depilatoria, ma solo in queste aree, e ripetere i passaggi 4.2 e 4.3(Figura 2B, 2C).
      NOTA: Le macchie scure della pelle cresceranno i capelli più velocemente per tutta la durata dell'esperimento, in modo da ritagliare i capelli corti ogni 3-5 giorni, quando necessario. Un cerotto o due lontano dalla posizione desiderata della ferita è accettabile. Se la parte posteriore del mouse è significativamente coperta da queste macchie scure, non utilizzare questo mouse per il modello di ferita cronica.

5. Configurazione reagente

NOTA: Lo sviluppo di ferite croniche nei topi db/db-/- viene effettuato mediante trattamento con inibitori specifici per catalasi e glutathione peroxidase, 3-amino-1,2,4-triazole (AT) e acido mercaptosuccinico (MSA), rispettivamente16 . La seguente procedura descrive in dettaglio la dose e la somministrazione dell'analgesia e degli inibitori in base al peso del topo.

  1. Iniettare l'antidolorifico Buprenex intraperitonealmente a 0,05 mg/kg mouse in PBS sterile. Iniettare un volume di 120 o L per un topo da 60 g circa 30 min prima dell'intervento chirurgico. Somministrare un'altra dose 6 h dopo l'intervento chirurgico. Una dose supplementare può essere somministrata se necessario.
  2. Iniettare intraperitonelmente AT a 1 g/kg di mouse in PBS sterile. Iniettare un volume di 480 -L per un topo da 60 g circa 20 min prima dell'intervento chirurgico. Iniettare metà del volume sul lato sinistro dell'addome e l'altra metà sul lato destro.
  3. Depositare topicamente MSA sulla ferita tra la medicazione trasparente e il tessuto della ferita a 150 mg/kg di topo in PBS sterile. Amministrare un volume di 60 o L per un topo da 60 g entro 10 min dopo l'intervento chirurgico.

6. Chirurgia

NOTA: il successo del modello di ferita cronica si basa su condizioni non sterili. Questi topi non sono privi di germi e sono alloggiati in un vivaio convenzionale. Il microbioma batterico che risiede nella pelle è cruciale per la successiva avvio e sviluppo di ferite croniche al momento del trattamento con inibitori di enzimi antiossidanti. Pertanto, la preparazione pre-chirurgica tradizionale del sito è contro-indicata.

  1. Iniezione intraperitoneale
    1. Fissare il mouse sulla parte inclinata del rack gabbia e tenere la coda con il mouse comodamente in piedi con la testa inferiore al corpo del mouse. Questo assicura che cerchiamo di spostare gli organi interni il più lontano possibile dal punto di iniezione possibile.
    2. Inserire l'ago nel quadrante inferiore destro dell'addome per evitare l'iniezione nella vescica o in altri organi addominali.
    3. Aspirare l'ago prima dell'iniezione.
  2. Trattamento e anestesia
    1. Somministrare Buprenex 30 min e AT -20 min prima dell'intervento chirurgico, come descritto in Passaggi 5.1 e 5.2.
    2. Posizionare il mouse in un piccolo contenitore di plastica sopra un riscaldatore, come mostrato nella Figura 3A per circa 15-20 min. Fornire supporto termico prima della procedura protegge contro la mortalità potenziale.
    3. Posizionare una salvietta di carta o un tovagliolo di carta sopra la parte superiore del piccolo contenitore per contenere meglio il calore. Il mouse dovrebbe calmarsi mentre si riscalda. Figura 3 B mostra i materiali necessari per la chirurgia.
    4. Posizionare il mouse in un contenitore chiuso che è collegato al vaporizzatore isoflurano nel cofano chimico se si utilizza un sistema aperto.
    5. In un sistema aperto, amministrare 5% isoflurane per 1-2 min ad una portata di 2-3.5 L/min. Monitorare continuamente lo stato del mouse.
      1. Una volta che il mouse è incosciente o non è più in movimento, posizionare il mouse su un pad chirurgico bianco e montare la testa con un cono naso che è fissato al vaporizzatore per consentire la continua somministrazione di isoflurane durante l'intervento chirurgico.
    6. In un sistema aperto, somministrare il 2-3% dell'isoflurane alla stessa portata durante l'intervento chirurgico e adattarsi al flusso di isoflurane per mantenere la profondità dell'anestesia.
    7. Ridurre al minimo sia la concentrazione che la durata dell'isoflurane somministrato durante l'intervento chirurgico. db/db (db) -/- i topi sono molto sensibili all'anestesia, quindi è meglio ridurre al minimo l'esposizione agli isoflurani. Se il mouse è ancora reattivo dopo 2 min al 5% isoflurane, fissare il cono naso e somministrare 3-5% isoflurane per 15-30 s prima di iniziare l'intervento chirurgico.
      1. Confermare la corretta anestesizzazione prima di ferire. La profondità di anestesia è confermata dalla mancanza di risposta agli stimoli fisici come il forte pizzico delle dita dei dei dei diici. Il periodo di tempo del topo sotto l'anestesia inalata è inferiore a 5 min, quindi nessun unguento veterinario viene applicato agli occhi.
  3. che lascia il segno
    1. Spruzzare una salvietta di carta con 70% di etanolo o una towelette clinica di etanolo e pulire la parte posteriore del mouse per pulire l'area del sito della ferita. Pulire la superficie della pelle in modo che la medicazione trasparente possa aderire saldamente, poiché la polvere della biancheria da letto, del cibo o della pelle può impedire che la medicazione si attacchi correttamente (Figura 4A). Non pulire eccessivamente, o ci sarà il rischio di uccidere i batteri presenti sulla pelle.
    2. Determinare la posizione del sito della ferita. Il posto migliore per eseguire la ferita è sul lato dorsale del mouse, centrato e lontano da macchie di pelle con una maggiore pigmentazione.
      NOTA: Abbiamo stabilito per esperienza che questi topi possono sopportare solo il peso di una ferita.
    3. Creare una ferita entro 30-45 s utilizzando un punzone di biopsia della pelle di 7 mm, pinzette e forbici chirurgiche. Premere leggermente il punzone biopsia sul sito della ferita desiderata e ruotare il pugno abbastanza profondo da lasciare una leggera impressione del pugno (Figura 4B). Asciso la pelle delineata tirando su il centro del punzone con una pinzetta e tagliando lungo il contorno con forbici chirurgiche (Figure 4C-4E).
    4. Coprire saldamente la ferita con mezzo pezzo di pellicola trasparente (6 cm x 3,5 cm).
    5. Interrompere l'amministrazione del 2% isoflurane al mouse (Figura 4F).

7. Trattamento e recupero post-chirurgia

  1. Somministrare il trattamento MSA dopo l'intervento chirurgico completo e la medicazione trasparente viene applicata come descritto nel passaggio 5.3. Depositare MSA sull'area della ferita sotto la medicazione.
  2. Posizionare il mouse di nuovo nel piccolo contenitore sul pad di riscaldamento per 30 min per aiutare con il recupero. Una volta che il mouse si è riscaldato, rimettere il mouse nella sua gabbia. L'effetto dell'isoflurane è temporaneo e il topo dovrebbe muoversi poco dopo.
  3. Non lasciare i topi incustoditi né riportarli al vivaio fino a quando i topi non hanno ripreso conoscenza sufficiente per mantenere la recumbenza severa.
    NOTA: L'anestesia di scelta quando si lavora con questi topi è isoflurane proprio a causa della sua rapida induzione e successiva comparsa dall'anestesia.
    1. Topo di casa che hanno subito un intervento chirurgico individualmente per evitare che un topo interferisca con la ferita cronica di un altro. Come detto sopra, non ritornano al vivaio fino a completa ripresa.
  4. Somministrare la seconda dose di Buprenex 6 h dopo l'intervento chirurgico.
  5. Osservare attentamente i topi per le prime 48 h dopo l'intervento chirurgico.
    NOTA: L'intervento chirurgico, accoppiato con gli inibitori per creare la ferita cronica, è molto stressante per l'animale che è già sia diabetico che obeso. I topi che sopravvivono ai primi due giorni dopo l'intervento chirurgico di solito sopravvivono alla durata dell'esperimento.

8. Raccolta dei dati, strategie di sopravvivenza, gestione del mouse dopo il ferire e suggerimenti aggiuntivi

  1. Raccolta dati
    1. Scattare foto già dopo l'intervento chirurgico. I biofilm sono osservati ovunque tra 5-10 giorni dopo la ferita, e già 3 giorni.
    2. Se i batteri sono al centro dell'analisi, far rotolare uno swap sterile con la pressione della luce intorno alla ferita per 10-15 s. Conservare il tampone, in un congelatore appropriato per la coltura o asciugare senza alcun supporto per l'analisi del sequenziamento indipendente dalla cultura, a -80 gradi centigradi. Raccogliere le sostanze polimeriche extracellulari attraverso una spatola metallica sterile in un tubo di microcentrifuga e conservare a -80 gradi centigradi prima dell'analisi.
    3. Non somministrare l'anestesia al topo durante la manipolazione per la raccolta di biofilm o per scattare foto. Durante queste procedure, posizionare un pezzo di cibo davanti al mouse per calmare il mouse e impedirne l'esaurimento. La maggior parte dei topi salirà in cima al cibo, si siederà su di esso e non si muoverà.
  2. Poiché infezioni secondarie e ferite croniche o ulcere indesiderate possono svilupparsi se il topo non si muove correttamente o se la medicazione non viene applicata correttamente, controllare periodicamente l'attività del topo e il lato ventrale per le piaghe. L'attrito tra la pelle e la biancheria da letto bagnata (db/db-/- topi sono poliurici) può disturbare la pelle se le gabbie non vengono cambiate frequentemente.
    NOTA: L'accumulo di liquidi sotto la medicazione può causare la perdita dell'adesivo e la perdita del fluido. Cellule morte della pelle, biancheria da letto, e la materia fecale possono quindi attaccarsi alla pelle e indurire. Queste macchie secche e aggregati sulla pelle devono essere cancellati prontamente per prevenire un'infezione secondaria.
  3. Se i topi stanno in piedi o si siedono sulle zampe posteriori, spostare questi topi in una gabbia dove l'accesso al cibo e all'acqua è molto più basso. Se la posizione del cibo e dell'acqua nella gabbia è alta, il topo può stare in piedi o sedersi sulle zampe posteriori per raggiungerlo. La maggior parte dei topi non avrà problemi a mangiare e bere se potevano farlo prima dell'intervento chirurgico, anche se c'è la possibilità che alcuni topi potrebbero capovolgersi sulle loro schiene. Questi "flipper" possono avere grandi difficoltà a girarsi, quindi avranno bisogno di assistenza e di ulteriore monitoraggio.
  4. Lasciare la medicazione trasparente sulla pelle per un massimo di 20 giorni se la pelle è libera da detriti, pelle flakey e capelli. Se uno di questi si verifica sulla pelle, rimuovere la vecchia medicazione e applicare un nuovo pezzo.
    1. Per togliere il condimento, pizzicare leggermente la pelle direttamente dietro la testa, quindi allontanare la medicazione dalla testa in un movimento liscio.
    2. Per posizionare un pezzo di medicazione in modo sicuro, avere il mouse stare il più immobile possibile. È importante che la pelle sia pulita e priva di cellule morte traballanti della pelle, polvere dalla biancheria da letto e pezzi di cibo. Mettere e premere la medicazione nella pelle intorno alla ferita per fissare.
    3. Se mettere un pezzo di cibo davanti al mouse non limita i suoi movimenti, quindi posizionare il mouse sulla parte superiore della gabbia di filo. Una volta che il topo ha afferrato un rallo sulla gabbia, tenere la coda il più vicino possibile al corpo e tirare con la forza minima. Come il mouse tira in avanti la schiena si allungherà e raddrizzare per una facile applicazione; posizionare la medicazione in modo sicuro a questo punto.
    4. Non riutilizzare mai una vecchia medicazione. Applicare sempre una nuova medicazione sul retro per la massima adesione.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La figura 5 illustra un esempio di una ferita senza trattamento degli inibitori che progrediscono verso la chiusura della ferita e una ferita con trattamento degli inibitori che progrediscono verso la cronicità. La medicazione trasparente è stata lasciata in posizione sulla ferita cronica in modo da poter vedere il biofilm e l'accumulo di liquidi.

L'avvio cronico della ferita avviene in meno di 6 or...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Una volta che le ferite croniche vengono create sui topi, il modello può essere utilizzato per studiare i processi di guarigione delle ferite alterate coinvolti nell'avvio della cronicità. Il modello può anche essere utilizzato per testare l'efficacia di una vasta gamma di sostanze chimiche e farmaci che possono invertire lo sviluppo cronico delle ferite e la guarigione compromessa e portare alla chiusura e alla guarigione delle ferite. È possibile studiare diversi punti temporali dopo l'inizio della cronicità: ad es...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gli autori non hanno riconoscimenti.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
B6. BKS(D)-Leprdb/J Il Laboratorio Jackson00697Omozigoti ed eterozigoti disponibili 
Nair Lozione Depilante con Aloe Lenitiva e LanolinaNairun depilatorio chimico
Buprenex (buprenorfina HCl)Henry Stein Animal Health0591220,3 mg/ml, Classe 3
3-Ammino-1,2,4-triazolo (ATZ)TCIA0432
Acido mercaptosuccinico (MSA)Aldrich88460
Soluzione tampone fosfato (PBS)autoclave sterile
serbatoio
deve essere compatibile con il sistema di vaporizzazione
Associati 
Tagliacapelli Wahl WahlLithium Ion Pro
Acu Punch 7mm punzoni per biopsia cutaneaAcuderm Inc.P750
Tegaderm Rif. 3M: 1624WMedicazione in pellicola trasparente (6 cm x 7 cm)
Pad riscaldanteConairMoist Dry Heating Pad
Siringhe per insulinaBD3294610,35 mm (28G) x 12,7 mm (1/2")
70% etanolo
Pinzette Kimwipes
Forbicichirurgiche affilate
Sottile spatola
Tubi
Mouse cono di
Guanti
piccoli contenitori
Il di ossigeno Isoflurane Henry Schein Animal Health 029405 NDC 11695-6776-2Vaporizzatore di isoflurano JA Baulch &di metallonaso di plastica

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Singer, A. J., Clark, R. A. F. Cutaneous wound healing. New England Journal of Medicine. 341 (10), 738-746 (1999).
  2. Nouvong, A., Ambrus, A. M., Zhang, E. R., Hultman, L., Coller, H. A. Reactive oxygen species and bacterial biofilms in diabetic wound healing. Physiological Genomics. 48 (12), 889-896 (2016).
  3. MacLeod, A. S., Mansbridge, J. N. The innate immune system in acute and chronic wounds. Advanced Wound Care. 5 (2), 65-78 (2016).
  4. Zhao, G., et al. Biofilms and Inflammation in Chronic Wounds. Advanced Wound Care. 2 (7), 389-399 (2013).
  5. Wlaschek, M., Scharffetter-Kochanek, K. Oxidative stress in chronic venous leg ulcers. Wound Repair and Regeneration. 13 (5), 452-461 (2005).
  6. Stadelmann, W. K., Digenis, A. G., Tobin, G. R. Physiology and healing dynamics of chronic cutaneous wounds. American Journal of Surgery. 176 (2), 26-38 (1998).
  7. Loots, M. A., Lamme, E. N., Zeegelaar, J., Mekkes, J. R., Bos, J. D., Middelkoop, E. Differences in cellular infiltrate and extracellular matrix of chronic diabetic and venous ulcers versus acute wounds. Journal of Investigative Dermatology. 111 (5), 850-857 (1998).
  8. Costerton, W., Veeh, R., Shirtliff, M., Pasmore, M., Post, C., Ehrlich, G. The application of biofilm science to the study and control of chronic bacterial infections. Journal of Clinical Investigation. 112 (10), 1466-1477 (2003).
  9. Fux, C. A., Costerton, J. W., Stewart, P. S., Stoodley, P. Survival strategies of infectious biofilms. Trends in Microbiology. 13 (1), 34-40 (2005).
  10. Sen, C. K., et al. Human skin wounds: A major and snowballing threat to public health and the economy. Wound Repair and Regeneration. 17 (6), 763-771 (2009).
  11. Armstrong, D. G., Wrobel, J., Robbins, J. M. Are diabetes-related wounds and amputations worse than cancer. International Wound Journal. 4 (4), 286-287 (2007).
  12. James, G. A., et al. Biofilms in chronic wounds. Wound Repair and Regeneration. 16 (1), 37-44 (2008).
  13. Chen, H., et al. Evidence that the diabetes gene encodes the leptin receptor: Identification of a mutation in the leptin receptor gene in db/db mice. Cell. 84 (3), 491-495 (1996).
  14. Coleman, D. L. Obese and diabetes: Two mutant genes causing diabetes-obesity syndromes in mice. Diabetologia. 14 (3), 141-148 (1978).
  15. Garris, D. R., Garris, B. L. Genomic modulation of diabetes (db/db) and obese (ob/ob) mutation-induced hypercytolipidemia: cytochemical basis of female reproductive tract involution. Cell Tissue Research. 316 (2), 233-241 (2014).
  16. Dhall, S., et al. Generating and reversing chronic wounds in diabetic mice by manipulating wound redox parameters. Journal of Diabetes Research. , 2014, Article ID 562625 (2014).
  17. Feinstein, R. N., Berliner, S., Green, F. O. Mechanism of inhibition of catalase by 3-amino-1,2,4-triazole. Archives of Biochemistry and Biophysics. 76 (1), 32-44 (1958).
  18. Margoliash, E., Novogrodsky, A. A study of the inhibition of catalase by 3-amino-1:2:4:-triazole. Biochemical Journal. 68 (3), 468-475 (1958).
  19. Margoliash, E., Novogrodsky, A., Schejter, A. Irreversible reaction of 3-amino-1:2:4-triazole and related inhibitors with the protein of catalase. Biochemical Journal. 74 (2), 339-348 (1960).
  20. Shiba, D., Shimamoto, N. Attenuation of endogenous oxidative stress-induced cell death by cytochrome P450 inhibitors in primary cultures of rat hepatocytes. Free Radical Biology and Medicine. 27 (9-10), 1019-1026 (1999).
  21. Ishihara, Y., Shimamoto, N. Critical role of exposure time to endogenous oxidative stress in hepatocyte apoptosis. Redox Report. 12 (6), 275-281 (2007).
  22. Valenti, V. E., de Abreu, L. C., Sato, M. A., Ferreira, C. ATZ (3-amino-1,2,4-triazole) injected into the fourth cerebral ventricle influences the Bezold-Jarisch reflex in conscious rats. Clinics. 65 (12), 1339-1343 (2010).
  23. Welker, A. F., Campos, E. G., Cardoso, L. A., Hermes-Lima, M. Role of catalase on the hypoxia/reoxygenation stress in the hypoxia-tolerant Nile tilapia. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 302 (9), 1111-1118 (2012).
  24. Bagnyukova, T. V., Vasylkiv, O. Y., Storey, K. B., Lushchak, V. I. Catalase inhibition by amino triazole induces oxidative stress in goldfish brain. Brain Research. 1052 (2), 180-186 (2005).
  25. Falck, E., Karlsson, S., Carlsson, J., Helenius, G., Karlsson, M., Klinga-Levan, K. Loss of glutathione peroxidase 3 expression is correlated with epigenetic mechanisms in endometrial adenocarcinoma. Cancer Cell International. 10 (46), (2010).
  26. Chaudiere, J., Wilhelmsen, E. C., Tappel, A. L. Mechanism of selenium-glutathione peroxidase and its inhibition by mercaptocarboxylic acids and other mercaptans. Journal of Biological Chemistry. 259 (2), 1043-1050 (1984).
  27. Dunning, S., et al. Glutathione and antioxidant enzymes serve complementary roles in protecting activated hepatic stellate cells against hydrogen peroxide-induced cell death. Biochimica et Biophysica Acta. 1832 (12), 2027-2034 (2013).
  28. Franco, J. L., et al. Methylmercury neurotoxicity is associated with inhibition of the antioxidant enzyme glutathione peroxidase. Free Radical Biology and Medicine. 47 (4), 449-457 (2009).
  29. Sundberg, J. P., Silva, K. A. What color is the skin of a mouse. Veterinary Pathology. 49 (1), 142-145 (2012).
  30. Curtis, A., Calabro, K., Galarneau, J. R., Bigio, I. J., Krucker, T. Temporal variations of skin pigmentation in C57BL/6 mice affect optical bioluminescence quantitation. Molecular Imaging & Biology. 13 (6), 1114-1123 (2011).
  31. Kim, J. H., Martins-Green, M. Protocol to create chronic wounds in diabetic mice. Nature Protocols Exchange. , (2016).
  32. Aasum, E., Hafstad, A. D., Severson, D. L., Larsen, T. S. Age-dependent changes in metabolism, contractile function, and ischemic sensitivity in hearts from db/db mice. Diabetes. 52 (2), 434-441 (2003).
  33. Vannucci, S. J., et al. Experimental stroke in the female diabetic, db/db, mouse. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 21 (1), 52-60 (2001).
  34. Janssen, B. J., et al. Effects of anesthetics on systemic hemodynamics in mice. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 287 (4), 1618-1624 (2004).
  35. Osborn, O., et al. Metabolic characterization of a mouse deficient in all known leptin receptor isoforms. Cellular and Molecular Neurobiology. 30 (1), 23(2010).
  36. Scales, B. S., Huffnagle, G. B. The microbiome in wound repair and tissue fibrosis. Journal of Pathology. 229 (2), 323-331 (2013).
  37. Gjødsbøl, K., et al. No need for biopsies: Comparison of three sample techniques for wound microbiota determination. International Wound Journal. 9 (3), 295-302 (2012).
  38. Wolcott, R. D., et al. Analysis of the chronic wound microbiota of 2,963 patients by 16S rDNA pyrosequencing. Wound Repair Regeneration. 24 (1), 163-174 (2016).
  39. Gjødsbøl, K., Christensen, J. J., Karlsmark, T., Jørgensen, B., Klein, B. M., Krogfelt, K. A. Multiple bacterial species reside in chronic wounds: a longitudinal study. International Wound Journal. 3 (3), 225-231 (2006).
  40. Dowd, S. E., et al. Survey of bacterial diversity in chronic wounds using Pyrosequencing, DGGE, and full ribosome shotgun sequencing. BMC Microbiology. 8 (43), (2008).
  41. Price, L. B., et al. Community analysis of chronic wound bacteria using 16S rrna gene-based pyrosequencing: Impact of diabetes and antibiotics on chronic wound microbiota. PLoS One. 4 (7), 6462(2009).
  42. Scales, B. S., Huffnagle, G. B. The microbiome in wound repair and tissue fibrosis. Journal of Pathology. 229 (2), 323-331 (2013).
  43. Dowd, S. E., et al. Polymicrobial nature of chronic diabetic foot ulcer biofilm infections determined using bacterial tag encoded FLX amplicon pyrosequencing (bTEFAP). PLoS One. 3 (10), 3326(2008).
  44. Price, L. B., et al. Macroscale spatial variation in chronic wound microbiota: A cross-sectional study. Wound Repair and Regeneration. 19 (1), 80-88 (2011).
  45. Gontcharova, V., Youn, E., Sun, Y., Wolcott, R. D., Dowd, S. E. Comparison of bacterial composition in diabetic ulcers and contralateral intact skin. Open Microbiology Journal. 4, 8-19 (2010).
  46. Smith, K., et al. One step closer to understanding the role of bacteria in diabetic foot ulcers: characterising the microbiome of ulcers. BMC Microbiologyogy. 16 (54), (2016).
  47. Gardner, S. E., Hillis, S. L., Heilmann, K., Segre, J. A., Grice, E. A. The Neuropathic diabetic foot ulcer microbiome is associated with clinical factors. Diabetes. 62 (3), 923-930 (2013).
  48. Loesche, M., et al. Temporal stability in chronic wound microbiota is associated with poor healing. Journal of Investigative Dermatology. 137 (1), 237-244 (2017).
  49. Kalan, L., et al. Redefining the chronic-wound microbiome: Fungal communities are prevalent, dynamic, and associated with delayed healing. MBio. 7 (5), 01058-01116 (2016).
  50. Blakytny, R., Jude, E. The molecular biology of chronic wounds and delayed healing in diabetes. Diabetic Medicine. 23 (6), 594-608 (2006).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi permesso

Tag

Modello di ferita cronicainduzione dello stress ossidativoprocesso di guarigione delle feriteformazione del biofilminibizione degli enzimi antiossidantitopi Db dbprocedura di medicazione delle feritePseudomonas aeruginosaEnterobacter cloacae

Articoli correlati