デジタル加熱装置を使用してマウスの熱傷創傷治癒モデルを確立するための合理化されたプロトコルが提示されます。皮膚上に作成されたチェス盤のような実験部位は、創傷治癒アッセイのためのさらなる機能分析を容易にします。
デジタル加熱装置を使用してマウスの熱傷創傷治癒モデルを確立するための合理化されたプロトコルが提示されます。皮膚上に作成されたチェス盤のような実験部位は、創傷治癒アッセイのためのさらなる機能分析を容易にします。
重度の火傷は、最もトラウマ性で身体を衰弱させる状態の一つであり、ほぼすべての臓器系に影響を及ぼし、かなりの罹患率と死亡率をもたらします。その複雑さと複数の臓器の関与を考慮して、火傷のさまざまな側面を再現するために、さまざまな動物モデルが作成されています。焼けた表面を作り出すために使用される方法は、実験動物モデルによって異なります。この研究では、デジタル加熱デバイスを使用して一貫した全層燃焼を作成するための、シンプルで費用対効果が高く、ユーザーフレンドリーなマウス燃焼モデルについて説明します。この装置の先端をマウスの背部に97°Cで10秒間適用して、チェス盤のような火傷を確定し、実験的な包帯の治療下で創傷治癒を調べました。組織学的分析のために、ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色、Masson染色などの皮膚サンプルを採取しました。創傷治癒は、創傷領域の分析と、炎症性浸潤、再上皮化、および肉芽組織形成の顕微鏡検査を通じて評価されました。マウスの熱傷モデルは、熱傷の病態生理学を研究し、治療的介入を評価するための基本的なツールとして役立ちます。
火傷は、熱への曝露、電気、化学物質、および放射線被曝によって引き起こされる、皮膚への重大な損傷の1つと考えられています1,2。損傷の深さに応じて、表皮から皮膚の全厚、さらには筋肉や骨まで、4つの程度に分類できます。小さな火傷は瘢痕形成につながり、感染のリスクを高める可能性があります。広範囲の火傷は、局所的な損傷を引き起こすだけでなく、重度で長期的な炎症と免疫反応を通じて、体の心臓、腎臓、その他の臓器やシステムの障害を刺激し、深刻な全身への影響と高い罹患率につながります3。ほとんどの火傷生存者は、長期にわたる身体障害、精神的苦痛、および生活の質の低下を伴います4,5。したがって、火傷の病理学的過程と火傷組織の再生のメカニズムを研究することが重要です。
免疫応答、組織再生、および系統的恒常性に関与するin vitro研究では、火傷創治癒の病理学的プロセスを包括的に調査することはできませんでした。したがって、過去20年間で、潜在的な治療的介入を探求するために、さまざまな火傷治癒動物モデルが開発され、熱傷のさまざまな特徴を再現しました6,7。火傷の傷は通常、脱毛後にブタ、ラット、マウス、ウサギ、およびその他の動物の背部表面に生成されます。燃焼時間は3秒から30秒続き、5%から30%の全体表面積(TBSA)8の範囲で部分的または全層の熱損傷を形成します。現在、火傷動物研究におけるこれらの方法の標準化されたモデルは、使用される技術のばらつきが大きいため、存在しません。燃焼面を生成するために使用される方法は、ガス炎9、燃焼エタノール浴10、予熱された単一金属板/バー11,12、沸騰水または温水13,14など、実験動物モデルによって異なります。しかし、火傷の負わせる技術と生成された火傷の深さは、多くの場合、一貫性がなく、以前の研究では十分に説明されておらず、これは火傷の重症度と火傷の治療方法を決定する上で重要です。
この研究は、シミュレートされた臨床シナリオで一貫した全層熱傷を作成するための、シンプルで費用対効果が高く、ユーザーフレンドリーなマウス熱傷動物モデルを開発することを目的としています。このプロトコルでは、便利なデジタル加熱装置を使用して、皮膚に適用される温度を調整することにより、火傷の深さを制御しました。このデバイスの先端は、TBSAのさまざまな範囲で熱傷を誘発するために、さまざまなサイズに切り替えることができます。これにより、マウスの背中にチェス盤のような火傷を形成でき、同じ動物内でいくつかの実験的治療と対照治療を比較することができます。創傷閉鎖過程を観察し、記録しました。皮膚サンプルは、創傷治癒のさまざまな段階で組織学的評価(ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色およびマッソントリクローム染色)のために採取されました。このアプローチにより、実験に使用される動物の数が減り、動物倫理との適合性を高めながら、経済的コストを削減できます。この研究は、研究者に火傷の新しい治療法の開発を促進するための重要なツールを提供し、火傷治癒の病態生理学的メカニズムを明らかにします。
この研究のすべての動物手順は、四川大学西中国口腔病学学校の倫理委員会 (WCHSIRB-D-2024-499) によってレビューされ、承認されました。本研究では、8週齢のC57BL/6マウス24匹(雌、体重25-30g)を用いた。試薬や使用した機器の詳細は、 資料表に記載されています。
1.火傷をする前に機器とマウスを準備する
2.全層熱傷を誘発する
注:火傷誘発と分析の一般的なプロセスを 図2に示します。
3.火傷後のケアと測定
4.創傷コレクション
5. 創傷治癒評価
このプロトコルでは、デジタル加熱装置によって、97°Cで10秒の燃焼時間でチェス盤のような火傷が作成されました(図1)。デバイスの先端は、優れた熱伝導性と高速加熱能力で知られる純銅でできています。実験者が保持するグリップはポリカーボネート素材でできており、耐熱性と不燃性を備えています。予熱された単一の金属板/棒、または沸騰または熱湯の方法と比較して、このデバイスは優れた安全性能を示し、マウスの麻酔時間を短縮し、結果として全体的な実験時間を短縮します。
火傷の誘発と解析の一般的なプロセスを 図 2 に示します。各動物は、 図2Eに示されているように配置された背部に6つの火傷を負っていました。これらの動物の創傷サイズを評価し、組織学的分析のために皮膚サンプルを採取しました。これには、それぞれ火傷後1日目、3日目、7日目、10日目、14日目のH&Eおよびマッソントリクローム染色が含まれていました。
各火傷創は円形で、面積が等しく、火傷誘発後の深さも均一でした。火傷の縁の色はワックス状の白から赤に変化し、損傷に対する即時の炎症反応による充血ゾーンを伴いました。さらに、火傷の創のサイズは、火傷後72時間にわたってわずかに増加しました(図4A)。
H&EとMassonのトリクローム染色された創傷切片の顕微鏡分析(図4B)により、表皮層の完全な破壊と真皮の全厚の損傷が明らかになり、皮下脂肪と筋肉の両方に影響を及ぼしました。組織学的検査では、創傷治癒過程は3日目に炎症段階にあり、血管拡張と炎症細胞の実質的な浸潤を特徴とすることが示されました。サンプルの顕微鏡画像に見られるように、火傷後の 7 日目には 3 日目と比較して創傷面積の顕著な減少が観察されました。肉芽組織と心血管が形成され、14日目にはコラーゲン線維が密集して沈着するため、創傷治癒がリモデリング段階に入ります。創傷は、治癒過程を通じて明らかな感染なしに回復しました。
さらに、創傷治癒データを定量化し、創傷追跡を分析することにより、創傷治癒能力を評価しました(図5)。創傷回復は、TKHペプチドハイドロゲル12,14で治療された創傷で促進されることが観察され、7日目、10日目、および14日目の創傷領域が有意に小さくなったことが証明されました。
隣接する創傷(図6)の間隔は、横方向または縦方向のいずれかで、非火傷の皮膚と比較して差は確認されませんでした。表皮、真皮、皮下組織は無傷で、リンパ球の浸潤や血管拡張はありませんでした。2つの傷の治癒過程は互いに干渉しません。したがって、 in vivoでの効果を評価するために、モデルに基づいてさまざまな薬物または包帯を創傷治療に適用することができます。

図1:燃焼誘導用のデジタル加熱装置。 火傷を誘発するために使用されるデジタル加熱装置。(a)温度コントローラーは、50〜450°Cの範囲の温度設定を可能にします。(c)デバイスの先端はさまざまなサイズに切り替えることができます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:チェス盤のような傷モデルの概略図。 記事で説明したチェス盤のような傷のモデルを再現するためのステップバイステップの概要。(A)創傷治癒実験のモデルとして8週齢のマウスを使用します。(B)指定された傷口から髪の毛を取り除きます。(C)6つの創傷部位は、1mLのピペットチップを使用してマーキングされます。(D)デジタル加熱装置を使用して、マークされた各サイト(E)の中央に6つの火傷を作成します。(F)火傷誘導後の背部のアップ画像。(G)皮膚サンプル(約1cm×1cm)は、3日目、7日目、10日目、14日目に採取します。(H)皮膚サンプルをフィルトペーパーを使用して平らにし、埋め込みカセットに移します。(I)パラフィン脱水を行い、(J)試料を5μmの厚さに切片化します。(K)切片は、ヘマトキシリンとエオシン(H&E)、およびマッソントリクロームを使用して染色されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:全層熱傷誘発プロセス (A)1mLピペットチップの直径と(B)デジタル加熱装置のチップの直径は、それぞれ9mmと4mmです。(C)マウスの背側部分を電気シェーバーで剃ります。(D)脱毛クリームを3分間塗布します (E)削った部分を洗浄して乾燥させ、傷口に滅菌した1mLピペットチップで印を付けます。(F)デジタル加熱装置を97°Cで10秒間適用して、6つの火傷を作成します。(G)痛みの管理のために火傷の傷に氷を塗ります。(H)マウスの背面全体には、6つの全層熱傷の傷が見られます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:熱傷の代表的な画像と組織学的解析 (A)治癒の進行を示す3日目、7日目、10日目、14日目の熱傷の画像。(B)H&EおよびMassonのトリクロームで染色された組織学的画像は、創傷治癒および皮膚再生を示している。スケールバー = 200 μm. この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:経時的な創傷サイズの変動 (A)ImageJソフトウェアを使用して分析した、対照動物およびTKHハイドロゲル処理動物における経時的な創傷サイズの変動。(B)対応する創傷痕跡データが提示されます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図6:隣接する熱傷と組織学的分析 (A)1日目の隣接する熱傷の代表的な画像。(B)3日目に組織学的分析のために採取された隣接する創傷サンプル(赤丸で囲んだ部分)。(C)パラフィン脱水前に組織サンプルを平らにするために濾紙を使用します。(D)H&EとMassonの隣接する創傷のトリクローム分析。スケールバー:1mmおよび200μm(拡大)。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
熱傷研究の場合、in vitroモデルは通常、黄色ブドウ球菌や緑膿菌などの熱傷に関連する細菌に対する局所抗菌剤または抗生物質の阻害効果、およびさまざまな生体材料(エラスチン、シルク、ハイドロゲルドレッシングなど14,20)の影響に焦点を当てています。)の焼け後炎症細胞(好中球、マクロファージなど)または幹細胞(間葉系幹細胞など)に。これらの実験は通常、人工的に制御された環境で行われ、in vitroで培養された細胞はin vivoとは異なる増殖特性および挙動を示す可能性があり、細胞間相互作用や細胞外マトリックスの影響など、熱傷創傷治癒の生理学的プロセスを完全に再現できない可能性があります。これらの理由から、熱傷後の病態メカニズムの解明や新規治療アプローチの評価には、熱傷の動物モデルが不可欠です。マウスとヒトの創傷治癒過程は、炎症、増殖、再上皮化、およびリモデリングという4つの重複するが異なる段階を経る21,22。マウスを実験対象として使用することには、多数のマウス特異的試薬が利用できることや、回復過程に関与する分子シグナル伝達経路を調査するためのトランスジェニックモデルの作成が可能であることなど、いくつかの生物学的利点があります。これにより、マウスは火傷や創傷治癒の研究に最も一般的に使用される動物モデルの1つになります。
本研究では、全層熱傷のチェス盤状創傷モデルを確立し、このモデルを用いてハイドロゲル被覆材の有効性を評価した。この結果は、このモデルが実験用包帯の臨床性能を効果的に監視できることを示しています。各動物内では、6つの火傷の傷が脊椎に沿って対称的に分布していました。火傷は、似たような場所に、しかし異なるマウスに作られることがあります。背部の皮膚面積と創傷の数が限られているため、組織学的解析では創傷が互いに相互作用しないことが示され、同じマウス背部の異なる場所での各実験用ドレッシングを独立して評価し、創傷治癒過程に関連するバイアスを最小限に抑えました。さらに、このモデルでは、各マウスが独自のコントロールとして機能するため、同じマウスの背側での実験処理とコントロール処理を比較できるため、動物数と実験コストの大幅な削減につながります。マウスの全体的な健康に対するさまざまな薬物の影響が異なるため、同じマウスの皮膚に複数の薬物を適用して異なる創傷の治療とその後の比較を行う場合、単一の薬物の塗布または異なる薬物の併用がマウスの全体的な健康に影響を与えるかどうかを観察し、検証する必要があるかもしれません。さらに、治癒過程でのマウスの引っ掻き傷による薬物の交差汚染や創傷感染を防ぐために、皮膚表面上のさまざまな薬物の安定性または接着に注意を払う必要があります。
皮膚サンプルの収集は、その後の組織学的分析に不可欠です。組織の縁は、治療を施さずに固定剤中で収縮して折り畳まれる16。パラフィンの脱水と切片化の後、パラフィンもスライド上で湾曲したり、部分的に重なったりするため、顕微鏡下では見苦しい画像が得られ、創傷の長さや厚さの統計分析などのさらなる組織学的分析に影響を与える可能性があります。したがって、濾紙を使用して組織を平らにすると、スライド上のより滑らかな部分を得ることができ、組織学的画像がきれいになり、さらなる統計分析が容易になります。また、脱水前にペーパークリップを使ってサンプルを固定してみたところ、ティッシュの滑らかさを確保することができました。ただし、ペーパークリップの適用により、クランプされた組織に圧力がかかり、組織が圧迫されて変形する可能性があります。そのため、この方法を用いる場合、観察に影響が出ないように火傷創部をクランプすることができません。
治癒過程には、痛み、かゆみ、細菌感染など、多くの要因が影響を及ぼす可能性がある23。熱傷痛の効果的な管理は、熱傷を負った患者の回復と再統合にとって重要です。不十分な疼痛管理は治癒過程を妨げ、持続的な身体的および心理的課題につながるだけでなく、長期の入院につながる可能性があります24。一般的に、マウスの摂食行動には痛みが影響します。そのため、各創傷は火傷後すぐに氷で治療し、ブプレノルフィン(0.1mg/kg)を1日2回、3日間皮下注射して疼痛管理を行った。さらに、餌のペレットを柔らかくしてケージの床に置いて、給餌を容易にしました。共同住宅では、マウスがお互いの傷を引っ掻いたり舐めたりすることがあり、創傷治癒を遅らせたり、感染症を引き起こしたりする可能性があります。そのため、予防策としてマウスの個体飼育が必要となる。火傷誘発後に通気性のある包帯を使用して背部を覆うと、マウスが傷口を引っ掻くのを防ぎ、感染のリスクを減らすことができます25。ただし、ドレッシングを慎重に選択し、マウスの正常な動きを可能にするために適切なサイズにカットすることが不可欠です。ドレッシングが脱落した場合は、少なくとも2日に1回交換することをお勧めします。包帯の長期使用は、創傷滲出液の不十分な吸収につながる可能性があります。
マウスモデルには特定の利点がありますが、それでも人間の創傷治癒プロセスを完全にシミュレートすることはできません。人間は主に再上皮化と肉芽形成によって治癒します。対照的に、マウスの皮膚は、ヒトの首の板状筋にのみ存在する骨格筋の薄い層である独特のpanniculus carnosusを特徴としているため7、創傷治癒は主に創傷の収縮によって行われます。さらに、マウスの皮膚は、前駆細胞の濃縮されたプールを有している可能性があり、これにより迅速な皮膚治癒と角質化が促進されます26,27。これらの要因が総合的に、治癒時間を大幅に短縮する要因となります。動物モデルでは、創傷収縮が治癒過程に及ぼす影響を緩和し、肉芽組織および再上皮化12,17,28で治癒するヒトのような生理学的創傷治癒を模倣するために、創傷抗収縮リングが利用されてきた。
マウス熱傷モデルの成功した確立は、熱傷の病態生理学を研究し、潜在的な治療介入を評価するための貴重なツールを提供します。火傷した皮膚組織で観察された組織学的変化は、熱傷の特徴と一致しており、火傷の臨床症状を再現するモデルの信頼性と妥当性を強調しています。
全体として、マウスの熱傷モデルは、熱傷誘発性組織損傷、炎症、および創傷治癒プロセスの根底にある分子メカニズムを調査するための堅牢なプラットフォームを提供します。このモデルを利用した将来の研究は、火傷患者の転帰を改善し、火傷関連の罹患率と死亡率の負担を軽減することを目的とした新しい治療アプローチの開発に貢献する可能性があります。
著者は、利益相反を宣言しません。
この研究は、四川省科学技術プログラム(23ZYZYTS0120)、四川大学西中国口腔病病院の助成金(RD-03-202011)、および四川科学技術プログラム(2022NSFSC0614)の支援を受けました。フィギュアはBioRenderで作成しました。コム。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 mLピペットチップ | キルゲン、アメリカ | KG1333 | 火傷創部位を見つけるために使用 |
| 3 M テガダームフィルム | 3M、アメリカ | 1624WCN 6 cm x 7 cm | 傷誘発後の創傷カバー用 |
| 4% パラホルムアルデヒド(PFA) | シャープ、中国 | BL539A | 皮膚サンプルの固定に使用 |
| ブプレノルフィン | シグマ-アルドリッチ、アメリカ | PHR8955-50MG | マウスの痛みの管理に |
| C57BL/6マウス | 成都大朔実験動物会社、中国 | なし | バーンモデル |
| 脱毛クリーム | Veet、中国 | &mdashの | マウスの背毛除去に |
| デジタル暖房装置 | シンセンKapperの技術会社、マウス | 火傷の誘導のための | No.936D |
| 電気かみそりAUX | の | 背部の毛の取り外しのための | |
| 濾紙 | :; | — | 皮膚サンプルの展開に使用 |
| GraphPadソフトウェア | — | GraphPadプリズム9.5.0 | 傷傷領域の分析用 |
| 耐熱手袋 | — | — | デジタル加熱装置の先端を保持するために使用されます |
| ヘマトキシリンおよびエオシンの汚れのキット | Solarbio、スライド | 組織学的分析のための | G1120 |
| ImageJのsoftware | — | ImageJ 1.54f | 熱傷創部の分析用 |
| イソフルラン | RWD,中国 | R510-22-10 | マウスの麻酔用 |
| Masson's Trichrome Stain Kit | Solarbio,China | G1340 | スライドの組織学的解析用 |
| 顕微鏡 | オリンパス,日本 | VS200 ASW | H&EおよびMassonはスライドを染めました |
| ティッシュカセット | CITOTEST LABWARE MANUFACTURING Co., LTD,China | 31050102W | 組織パラフィン脱水およびパラフィン包埋用 |
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