このプロトコルでは、ヒト様の瘢痕化をシミュレートするための機械伝達シグナル伝達を増加させる肥大性瘢痕マウスモデルを確立する方法について説明します。この方法では、マウスの治癒切開部全体の機械的張力を高め、特殊なデバイスを使用して再現性のある過剰な瘢痕組織を作成し、詳細な組織学的およびバイオインフォマティクス分析を行います。
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方法論記事
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このプロトコルでは、ヒト様の瘢痕化をシミュレートするための機械伝達シグナル伝達を増加させる肥大性瘢痕マウスモデルを確立する方法について説明します。この方法では、マウスの治癒切開部全体の機械的張力を高め、特殊なデバイスを使用して再現性のある過剰な瘢痕組織を作成し、詳細な組織学的およびバイオインフォマティクス分析を行います。
肥厚性瘢痕化(HTS)は、過剰な瘢痕組織の形成をもたらす創傷治癒の異常なプロセスです。過去10年間で、私たちはメカノトランスダクション(機械的刺激を細胞応答に変換すること)が過剰な線維性瘢痕治癒を促進することを実証してきました。ヒト様肥厚性瘢痕を評価するマウスモデルは、さまざまな治療法とその瘢痕化を軽減し、治癒を改善する能力を調べるための不可欠なツールとなるでしょう。具体的には、当研究室では、ヒト様HTSを促進するために機械的負担を増加させるマウス創傷モデルを開発しました。このプロトコルは、修正された 13 mm 口蓋拡張器から作られた生体力学的負荷装置を利用しており、その腕は切開部の両側に配置され、治癒中に創傷床全体に連続的な張力を加えるために徐々に気を散らします。約20年の使用を通じて、このモデルは有効性と再現性を向上させるために大幅に進歩してきました。マウスHTSモデルを使用すると、顕著な真皮線維性瘢痕を組織学的にヒトの肥厚性瘢痕に匹敵するように誘導できます。このマウスモデルは、HTSの治療に関与する生物製剤や、異物反応などのメカノトランスダクション関連疾患を開発するための環境を提供します。
創傷治癒は、体が損傷した組織を修復し、皮膚バリアを再構築しようとするプロセスであり、止血、炎症、増殖、およびリモデリングのプロセスが不規則である場合、非定型治癒をもたらす可能性があります1。肥厚性瘢痕化(HTS)は、不規則な創傷治癒の一例であり、損傷部位での細胞外マトリックスおよび結合組織の過剰な沈着を特徴とする結果、拡大した瘢痕組織領域1,2,3が形成される。関節の周りや顔など、機械的なストレッチ刺激を繰り返し受ける体の領域は、HTSや線維症を発症する傾向があります4,5,6,7,8,9,10。私たちと他の人々は、創傷床を横切る機械的伸張が、機械的刺激の細胞応答への変換である機械伝達経路の活性化を通じてHTS形成を促進することを示しました9,11。
HTSは、複雑な生物学的プロセスを伴うだけでなく、影響を受ける人々にとって重大な社会的、医学的、経済的課題ももたらします。影響を受けた個人は、特に傷跡が顔や手1,9,10,12のような目に見える領域にある場合、自尊心とうつ病に苦しむことができます。科学的なレビュー記事によると、HTSの有病率は米国で32%から72%の間で変動しています10,13。これらの審美的な懸念の深刻さは、特に顔面領域に深刻な火傷を負った場合、外観を改善するための完全な顔面移植の症例数の増加によって強調されています10。これらの瘢痕は、動きを制限することによって機能障害を引き起こすこともあり6,14、瘢痕を切除し可動性を回復するためには外科的介入がしばしば必要となる10。HTS治療の費用は、手術、治療、理学療法、さらには長期介護の費用など、かなりの額になる可能性があります1,10。米国だけでも、HTSの治療にかかる年間費用は40億ドルを超えています10。
HTSの蔓延性とその合併症に対処するために取られた極端な措置を考慮すると、従来の治療法(例えば、外科的切除、コルチコステロイド注射、およびレーザー治療)は依然として非常に変動しやすいままです1,2,15,16,17。これらの治療法は場合によっては緩和を提供できますが、瘢痕病理の複雑な性質のために不十分な場合があります。個人間の遺伝的差異やHTSを引き起こすメカニズムの不完全な理解などの要因により、治療戦略は臨床的に不十分なままである18,19,20。HTS療法の未来は、HTSの細胞機構ドライバーを標的とする新しい革新的なアプローチにあるようです。例えば、メカノトランスダクション11,21は、過剰な線維性瘢痕治癒を促進することが広く実証されています5,6,7,8,11,21,22,23,24。25.具体的には、創傷の機械的負担を増加させてヒト様HTSを促進するマウスモデルを以前に開発しました9。しかし、20年近く使用した後、モデルは有効性と再現性を向上させるために大幅に進歩しました。このプロトコルにより、研究者は更新および最適化されたHTSマウスモデルを最大限に活用して、過度の瘢痕化の背後にある細胞集団とドライバーを探索できます。この方法の全体的な目標は、マウスにヒトのような肥大性瘢痕を作り出すように設計されたプロトコルを研究者に提供することです。
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すべての実験について、アリゾナ大学動物管理委員会(IACUC)の承認を得ました(管理番号:2021-0828)。このプロトコルは、15週齢のC57BL/6J雄マウスを使用しますが、他の年齢や系統にも適用できます9,26。
1. HTSバイオメカニカルローディングデバイスの作成
注:口蓋エキスパンダーのHTSデバイスへの変更は、実験の前の任意の時点で行うことができます。
2. 術後0日目の脱毛と初期切開(POD 0)
注:手術前にいくつかの手術器具のセットを清掃し、オートクレーブ処理します(例:解剖はさみ、メス、アドソン鉗子、ニードルドライバー)。滅菌済みの5-0縫合糸を使用できるように準備し、サージカルマーカーを手元に用意します。
3. HTSバイオメカニカルローディングデバイス(POD 4)の配置
注:手術前に、HTSデバイスといくつかの手術器具のセット(解剖はさみ、メス、アドソン鉗子、ニードルドライバー、スキンステープラー、スキンステープルなど)を清掃してオートクレーブします。滅菌済みの5-0縫合糸を調製して使用します。[オプション]ベンチトップヒューム抽出器が利用可能な場合は、コーンをワークスペースの近くに置き、吸引をオンにします。
4. HTSバイオメカニカルローディングデバイス(POD 5)の初期ストレッチ
注:手術前に、いくつかの手術器具のセット(解剖はさみ、メス、Adson鉗子、ニードルドライバーなど)を清掃してオートクレーブします。[オプション]ベンチトップヒューム抽出器が利用可能な場合は、コーンをワークスペースの近くに置き、吸引をオンにします。
5. HTS生体力学的ローディングデバイス(POD 7、9、11、13、15、17)のその後のストレッチ
注:手術前に、いくつかの手術器具のセット(解剖はさみ、メス、Adson鉗子、ニードルドライバーなど)を清掃してオートクレーブします。[オプション]ベンチトップヒュームエクストラクターが利用可能な場合は、コーンをワークスペースの近くに置き、吸引をオンにします。
6. HTS組織の採取(POD 19)
注:組織の採取は、プロセスのどの時点でも行うことができます。私たちは、初期の時点を調べるために、わずか4日間のストレッチ後に組織を採取しました。しかし、組織を最も一貫して採取するのはPOD 19(菌株開始から2週間後)です。手術前に、いくつかの手術器具のセット(解剖はさみ、メス、アドソン鉗子など)を清掃してオートクレーブします。経時的に傷跡の写真を撮るには、各ストレッチステップの前にデバイスを取り外して、デバイスを再度適用して機械的負担を再開する前に傷跡の写真を撮ることができます。[オプション]ベンチトップヒューム抽出器が利用可能な場合は、コーンをワークスペースの近くに置き、吸引をオンにします。ベンチトップヒューム抽出器は、イソフルランガスが使用されなくなったときにオフにすることができます。
7.平均瘢痕幅の測定
注:これは画像解析ソフトウェアImageJを使用して実現され、情報はスプレッドシートに記録されました。
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HTSプロトコルの効果的な使用を明確に示し、成功した「肯定的な」結果を特定するために、図3Aに示すようにモデルが確立されました。代表的な研究では、図3B、Cに示すように、図3B、Cに示すように、切開部全体に人間のようなレベルの機械的ひずみが誘発されるNo Stretch Control(n = 6)とMechanical Stretch HTSグループ(n = 6)の2つのグループがありました。図3A-Cに示されている実験計画内で、POD5、9、15、および19の傷跡のグロス写真を撮影しました。瘢痕をImageJで追跡し、異なる時点における瘢痕の平均幅を分析しました(図3D)。平均瘢痕幅は、図3Eの時間およびグループ間でグラフ化されました。POD 5 で機械的ひずみを適用した...
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HTSマウスモデルは、メカノトランスダクションを介してHTSを誘導し、潜在的な治療法を開発するための費用対効果が高く再現性の高い方法です。モデルを効果的に使用するための初期学習曲線がありますが、プロトコルは、練習すれば、外科的トレーニングを受けなくても誰でも実行できます。このモデルを使用することで、研究者はHTSの形成と創傷治癒におけるメカノトランスダクションの役割をよりよく理解することができ、患者の創傷ケアに具体的な改善をもたらす可能性があります。このプロトコルに付随するビデオデモンストレーションは、理想的には研究者の学習曲線を短縮し、このモデルを将来の研究にスムーズに実装することを促進します。ただし、プロトコルには、ユーザーにとって明確さを高めるためにさらに説明することで恩恵を受ける可能性のある重要なステップがいくつかあります。
プロトコルの最初から時系列で進行する最初の重要なステップは、術後 0 日目 (POD 0) で外科的切開を閉じることです。切開部は、皮膚層が完全な位置にある状態で完全に閉じられることが...
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著者は、この記事の内容に関連する競合する利益やその他の対立はありません。
この研究は、国立歯科・頭蓋顔面研究所(U24 DE026914)(G.C.G)およびPlastic Surgery Foundation Translational Research Grant(837107)(K.C.)が支援するCenter for Dental, Oral, and Craniofacial Tissue and Organ Regeneration Interdisciplinary Translational Project Awardsの支援を受けました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 100 mL PYREX Griffin beaker | Milipore Signma | CLS1000100 | |
| Aesculap Exacta mini trimmer | Aesculap | ||
| AutoClip System | Fine Surgical Instruments | 12020-00 | |
| BDブランド イソプロピルアルコールスワブ | Fisher Scientific | 13-680-63 | |
| Buprenorphine SR (0.5 mg/mL) | Buprenex, Indivior Inc. | 12496-0757-1 | |
| C57/BL6 メス (6–生後8週間) | ジャクソン研究所 | 000664 | |
| Covidien 滅菌ガーゼ | フィッシャーサイエンティフィック | 2187 | |
| Covidien TelfaTM 非粘着性パッド | フィッシャーサイエンティフィック、コヴィディエン | 1961 | |
| 歯科外科定規 | ダウェル デンタルプロダクツ | S1070 | |
| 脱毛クリーム (ナイール ヘアリムーバー ローション) | 教会&ドワイト、CVS | 339823 | |
| エタノール70%溶液 | フィッシャーサイエンティフィック | 64-17-5 | |
| Excel | マイクロソフト協力 | Microsoft.com | ソフトウェアプログラム |
| ImageJ | ImageJ, Wayne Rasband | imagej.net | ソフトウェアプログラム |
| 吸入麻酔システム | VetEquip | 922130 | |
| 虹彩はさみ 4½ ステンレス製 | McKesson | 43-2-104 | |
| イソフルラン、USP | Dechra 獣医製品 | 17033-094-25 | |
| カカ インダストリアル MUB-1 | カカ インダストリアル | 173207 | メイカースペースや製作所がない場合にのみ必要です |
| レオーネ急速口蓋エキスパンダー - 13ミリメートル | 大湖歯科技術 | 125-004 | デバイスを拡張し、cotnractするために必要なキーは、箱の液体 |
| 撥水ドレープ75 x 90センチメートルと接着穴6 x 9センチメートルオ | ムニアS.p.A. | 12.T4362 | |
| Medequip Depot Silk Black Braided Sutr 6-0 Rx | Medequip Depot D707N, Fisher Scientific | NCO835822 | |
| Needle holder 5 in. with serated jaws | McKesson | 43-2-842 | |
| Prism 9 | GraphPad Holdings, LLC | graphpad.com | software program |
| Puralube点眼軟膏 | Dechra、NDC | 17033-211-38 | |
| Rスタジオデスクトップ | RStudio PBC | rstudio.com | ソフトウェアプログラム |
| 外科用皮膚 | マーカーMcKesson | 19-1451_BX | |
| Tegaderm, 3 M | VWR | 56222-191 | foam adhesive dressing |
| サーモピープ加熱パッド | K&H、アマゾン | ||
| ティッシュ鉗子4¾インチステンレス1 x 2歯 | ケソン | 43-2-775 | |
| トボンド(3メートル) | セントポール、ミネソタ州 | 1469SB |
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