다발성 화상(Multiple Depth Burn Wounds)의 치유 과정을 조사하기 위한 돼지 화상 모델(A Swine Burn Model for Investigating the healing process in Multiple Depth Burn Wounds)

요약

이 프로토콜은 유카탄 미니피그에서 재현 가능한 다중 깊이 화상 상처 모델을 설명합니다.

초록

화상으로 인한 상처 치유는 복잡하고 긴 과정입니다. 광범위한 경험에도 불구하고 화상 센터의 성형외과 의사와 전문 팀은 여전히 심각한 문제에 직면해 있습니다. 이러한 어려움 중 화상을 입은 연조직의 범위는 초기 단계에서 진화할 수 있으며, 보존적 치료와 괴사 조직 제거 사이의 섬세한 균형을 이룰 수 있습니다. 열 화상은 가장 흔한 유형이며 화상 깊이는 온도 및 노출 시간과 같은 여러 매개 변수에 따라 달라집니다. 연소 깊이도 시간에 따라 달라지며, "그림자 영역"의 2차 악화는 잘 이해되지 않은 현상으로 남아 있습니다. 이러한 도전에 대응하기 위해 몇 가지 혁신적인 치료법이 연구되었으며 더 많은 치료법이 초기 개발 단계에 있습니다. 현대의 상처 드레싱과 인공 피부의 나노 입자는 아직 평가 중인 이러한 현대 치료법의 예입니다. 종합하면, 화상 진단과 화상 치료는 모두 상당한 발전이 필요하며, 연구팀은 새로운 도구와 치료법을 테스트하기 위해 신뢰할 수 있고 관련성 있는 모델이 필요합니다. 동물 모델 중에서 돼지는 인간과 피부 구조가 매우 유사하기 때문에 가장 관련성이 높습니다. 좀 더 구체적으로 말하자면, 유카탄 미니피그는 멜라닌 색소 침착 및 느린 성장과 같은 흥미로운 특징을 보여 높은 광형과 장기적인 치유를 연구할 수 있습니다. 이 기사는 Yucatan minipigs의 다중 심도 화상 상처를 연구하기 위한 신뢰할 수 있고 재현 가능한 프로토콜을 설명하여 장기 추적 관찰을 가능하게 하고 진단 및 치료 연구를 위한 관련 모델을 제공하는 것을 목표로 합니다.

서론

National Burn Repository ^1,2에 따르면 화상은 주요 공중 보건 문제이며 매년 미국에서 480,000명 이상의 환자에게 영향을 미칩니다. 이로 인해 치명적이지 않은 복합 사례로 인한 연간 50,000명 이상의 입원이 발생하고 있으며, 이는 심층적인 치료가 필요한 사례로 이어지고 있다². 더욱이, 화상은 군인 사망률과 이환율의 근본적인 원인이며, 군인 사상자의 10%에서 30%를 차지한다 ^3,4. 화상의 관리는 신체적 영향에서 심리적, 정서적 영향에 이르기까지 환자에게 미치는 엄청나고 다양한 영향에도 불구하고 오랫동안 거의 변하지 않았다⁵.

화상 부상의 초기 진단 및 평가는 화상 유형(1차, 2차 및 3차) 또는 영향을 받는 조직의 깊이(표재성, 부분 두께 및 깊은 화상)에 따라 기본 분류로 이어집니다^6,7,8. 부분 두께 화상(1도 및 2도 화상)은 표피와 진피의 다양한 깊이(표재성 또는 심층 진피, 즉 표재성 및 심층성 2도 화상)^를 포함합니다9. 특히, 심부 진피의 부속기에 대한 손상은 부속 상피(^{adnexal epithelium)(10})로부터의 재상피화(re-epithelialization)의 가능성을 배제한다. 정의에 따르면, 전층 화상은 피하 지방, 근막 및/또는 기저 근육(3도 화상)에 도달하며, 때로는 뼈(4도 화상이라고도 함)에 도달합니다^11,12.

입원 후, 화상 환자는 조직 괴사조직 제거와 보존 사이의 섬세한 균형으로 구성된 전략과 관련된 특수 치료를 받습니다. 손상되거나 이차적으로 감염된 연조직은 건강한 조직이 노출될 때까지 점진적으로 제거해야 하며, 이를 통해 특정 드레싱 및 피부 이식편을 사용하여 치유 과정을 개선할 수 있다 13,14,15,16. 그러나 수술 중에는 치유 조직이 의도치 않게 제거되지 않도록 주의하고 최적의 회복을 위해 합병증을 줄여야 합니다. 생물학적으로 화상은 '그림자' 또는 '정지' 영역으로 둘러싸인 중앙 괴사 영역을 나타내며 이는 잠재적으로 가역적인 허혈을 나타냅니다. 이 부위는 악화되어 괴사 영역이 확장되거나 세포 사멸 과정을 역전시켜 치유될 수 있습니다^17,18. 이처럼 화상의 정도가 다양하면 외과의가 정확하게 평가하기 어려워 보존적 치료와 외과적 절제 사이의 균형을 복잡하게 만든다¹⁹. 현재까지 소각 변환 전의 이 "그림자 영역"을 특성화하는 데 도움이 되는 효율적인 도구는 없습니다. 이러한 도구를 개발하는 것은 이 섬세한 균형을 최적화하는 데 매우 중요합니다.

2차 화상 전환을 줄이는 데 도움이 되는 몇 가지 치료법이 테스트되었습니다. 그러나 현재 임상에서 사용할 수 있는 특정 치료법은 없다¹⁸. 화상 치료의 발전의 다른 예로는 현대식 상처 드레싱 및 나노 물질^20,21, 조직 공학 피부 ^22,23 및 새로운 표피 배양 접근법^24,25의 개발이 있습니다. 또한, 현대의 재건 수술과 피부 근막 피판은 장기적인 후유증, 특히 접힌 부위의 병리학적 치유에 따른 화상 구축의 관리를 개선했다^26,27. 이러한 발전은 화상 환자에게 치료 전략과 삶의 질을 개선하여 유망한 전망을 제공하지만, 최근의 결과는 신체적 및 심리적 영역 모두에서 기능적 영향이 여전히 상당하다는 것을 보여준다²⁸. 종합하면, 화상 진단과 화상 치료 모두에서 혁신적인 발전에 대한 수요는 상당합니다.

전반적으로 많은 접근 방식이 복잡한 화상 사례의 진단, 관리 및 치료를 개선하는 것을 목표로 하고 있으며, 연구자는 이러한 새로운 접근 방식을 테스트하기 위해 재현 가능하고 관련성 있는 모델이 필요합니다. 여러 장기 및 전신 반응을 포함하는 생물학적 복잡성으로 인해 화상 상처 과정을 연구하는 데 관련성이 입증된 시험관 내 모델은 없었다²⁹. 설치류 모델은 생물학, 피부 구조, 탄력성 및 기본 구조에 대한 부착 부족의 주요 차이로 인해 인간과 큰 불일치를 보였다²⁹. 대조적으로, 돼지 모델은 돼지 피부와 인간 피부의 구조적 유사성으로 인해 관련성이 있음이 입증되었습니다 30,31,32. 그것은 유사한 혈관화, 탄성 섬유 구성 및 재생 타이밍을 나타냅니다. 더욱이, 모낭 및 아포크린 부속물은 임상적 표재성 화상에서 관찰될 수 있는 바와 같이 섬형 재상피화를 허용한다^33,34. 좀 더 구체적으로 말하자면, 유카탄 미니피그 모델은 색소 피부⁽³⁵)를 연구하고 최소한의 신체적 변화로 장기적인 결과를 얻는 데 중요한 특징을 제공한다(³⁶).

이 기사의 목적은 유카탄 돼지의 신뢰할 수 있는 다각도 화상 모델을 설명하여 동일한 주제에 대한 여러 2도 및 3도 화상을 연구할 수 있도록 하는 것입니다. 이는 화상 관리를 위한 진단 및 치료 혁신을 연구하기 위한 적절하고 재현 가능한 모델을 제공합니다. 또한, 이 모델은 다양한 화상 유형 및 중증도, 화상 구축 및 병리학적 치유를 연구할 수 있는 장기 추적 관찰, 특정 특성을 가진 것으로 알려진 색소 피부 감별 행동을 특징으로 합니다.

프로토콜

모든 동물 작업은 ARRIVE(Animal Research: Reporting In Vivo Experiments) 체크리스트³⁷ 에 따라 수행되었으며 프로토콜 #2021N000271에 따라 Massachusetts General Hospital Institutional Animal Care and Use Committee(IACUC)를 준수했습니다. 실험동물의 관리 및 사용에 대한 가이드³⁸에 따라 동물에 대한 인도적인 보살핌이 제공되었습니다. 이 실험에는 30kg의 암컷 유카탄 미니피그 5마리가 사용되었다. 동물은 상업적 출처에서 얻었다( 재료 표 참조).

1. 수술 전 관리 및 마취

1. 전신 마취 전에 12시간 동안 동물을 단식시킵니다.
2. 2-4 mg/kg의 틸레타민 염산염 및 졸라제팜 염산염과 1-2 mg/kg의 자일라진을 근육 주사로 마취를 시작한 후 시술 중 마취를 유지하기 위해 이소플루란(산소 내 2-3%)을 흡입합니다( 재료 표 참조).

2. 화상 상처 설계 및 무작위 배정

1. 동일한 동물에 대한 음성 대조군에 의한 부분 및 전체 두께의 화상을 모두 연구하기 위해(개체 간 변동 없음) 각 돼지의 척추 주위 부위에 8개의 상처를 만듭니다. 전층 상처 3개, 부분 두께 상처 3개, 대조군 상처 2개를 집다.
2. 상처에 1에서 8까지 번호를 매기고 무작위 추출을 수행하여 등의 다른 해부학적 위치에 다른 화상 각도(부분 두께, 전체 두께, 대조군)를 할당합니다.
   참고: 각 상처(깊이 및 위치)의 무작위화는 유의성을 향상시키기 위해 수행됩니다: 돼지 진피는 두께와 콜라겐 구성 측면에서 다양한 것으로 알려져 있습니다³⁹. 따라서 잠재적 편향을 줄이기 위해 각 동물에 대한 무작위 배정이 사용됩니다.

3. 문신 상처 구분

참고: 첫 번째 절차는 무작위 상처의 위치를 파악하고 번호를 매기기 위해 돼지의 등쪽에 원형 문신을 만드는 것으로 구성됩니다(그림 1). 이것은 더 나은 적응을 위해 초기 화상 절차 이틀 전에 수행되지만 화상 절차 당일에 수행할 수 있습니다.

1. 앙와위 자세(⁴⁰)에서 마취(1단계 참조) 및 구강 삽관 후, 돼지를 엎드린 자세에 놓고, 동물의 편안함과 안정화를 위해 부드러운 쐐기(침대 시트)를 동물 아래에 놓습니다(앞다리 아래, 배꼽 부위 및 뒷다리 아래)⁴¹. 적절한 체온을 유지하기 위해 동물의 머리와 목에 강제 공기 보온 담요를 놓습니다.
2. 그림의 대칭을 허용하기 위해 돼지의 등 중앙에 직선을 배치합니다.
3. 피부학 펜( 재료 표 참조)을 사용하여 중심선의 양쪽에 두 개의 수직선을 그리고 중앙선에서 측면으로 6.5cm 떨어진 곳에 그립니다. 두 개의 측면 선은 원의 중심을 배치하는 데 사용됩니다.
4. 직경이 4.5cm인 원의 각 쌍을 대칭으로 그리고 두 개의 서로 다른 원 사이에 최소 4cm의 거리를 유지합니다(그림 1A).
5. 그림이 완성되면 피부 세균총을 줄이기 위해 1단계 피부 준비(포비돈-요오드 7.5%)를 수행합니다.
6. 바늘 문신 기계, 멸균 검정 잉크 및 멸균된 5점 바늘을 사용하여 8개의 4.5cm 원 중⁴² 개의 문신 절차를 수행합니다( 재료 표 참조). 최종 결과는 그림 1B에 나와 있습니다.
7. 화상 생성이 지연된 경우 문신에 3중 항생제 연고를 바르고 투명 접착 드레싱으로 덮습니다.

4. 화상 상처 생성 및 고급 상처 드레싱

참고: 화상은 황동 블록을 전용 스폿(무작위)의 피부에 접촉하도록 30초(불변) 동안 놓으면 생성됩니다. 온도는 연소 깊이를 결정합니다.

1. 화상 절차 당일, 동물을 마취하고 1단계에서 논의한 대로 엎드린 자세를 취하면 알루미늄 구슬로 채워진 스테인리스 스틸 용기에 원통형 황동 블록을 넣습니다( 재료 표 참조). 온도가 조절되는 핫 플레이트에 용기를 놓습니다. 하나의 핫 플레이트를 65°C(부분 두께 화상의 경우)로 설정하고 두 번째 열판을 93°C(전체 두께 화상의 경우, 그림 2)로 설정합니다.
   알림: 용기는 화상을 입지 않도록 건조한 상태로 유지하거나(온도 평형에 도달하는 데 2-3시간 필요) 물을 반쯤 채운 상태(온도 평형에 도달하는 데 30분)할 수 있습니다. 물을 사용하는 경우 화상으로 인한 후속 화상을 방지하기 위해 4.5단계 전에 황동 블록을 완전히 건조시켜야 합니다.
2. 중앙 개구부를 통해 황동 실린더에 온도계를 삽입하여 중심 온도를 모니터링하고 온도 총으로 표면 온도를 확인합니다. 필요한 경우 약간의 열 방출에도 불구하고 실린더에서 핫 플레이트의 온도를 65°C 또는 93°C로 높입니다.
   알림: 알루미늄 호일을 사용하여 용기를 덮고 열 방출을 더욱 최소화하여 원하는 온도에 더 빨리 도달할 수 있습니다.
3. 동시에 문신 절차(3.1단계)와 유사하게 연소 절차를 위해 동물을 엎드린 위치에 놓습니다.
4. 동물이 엎드린 자세가 되면 3단계(포비돈-요오드 7.5%, 식염수 0.9%, 건조)로 피부를 준비합니다.
5. 내열 장갑으로 황동 블록을 잡고 무작위 배정에 따라 전용 문신 부위에 놓습니다. 황동 블록이 피부에 닿자마자 타이머를 시작하십시오. 황동 블록의 자체 무게보다 피부에 더 많은 압력을 가하지 않도록 주의하십시오.
6. 30초 후 피부에서 황동 블록을 제거하고 전용 가열 용기에 다시 넣습니다. 목표에 도달할 때까지 온도를 모니터링하고 모든 상처에 대해 절차를 반복합니다.
7. 동물이 회복된 후 드레싱 안정성을 보장하기 위해 고급 다층 드레싱을 수행합니다.
   1. 제어 장치를 포함하여 각 화상 부위에 석유 함침 거즈를 놓고 마른 부직포 거즈와 큰 투명 접착 드레싱으로 덮습니다.
   2. 투명 드레싱이 피부에 더 잘 밀착되도록 주변 피부에 벤조인 용액 팅크를 뿌립니다.
   3. 동물을 자체 접착 접착 랩 드레싱으로 감싸고 과도하게 조이지 않도록 주의하십시오(폐 용적 제한).
   4. 튜브형 스톡키네트(동물에 적합한 크기)의 마지막 층을 추가하여 드레싱을 완성합니다( 재료 표 참조). 또는 동물이 연구 기간 동안 드레싱을 깨끗하게 유지할 수 없는 경우 맞춤형 돼지 재킷을 사용할 수 있습니다
   5. 부프레노르핀(0.05-0.1mg/kg, IM) 1회와 카프로펜(2-4mg/kg, IM) 1회를 주사한 후 동물의 목에 경피 오피오이드(펜타닐) 패치를 부착하여 올바른 진통을 보장합니다.
   6. 각 마취 후에는 회복 후 최대 2시간까지 동물을 면밀히 모니터링하십시오. 필요한 경우 따뜻한 패드를 사용하고 완전히 서 있는 위치에 도달한 후 음식을 자유롭게 제공하십시오.

5. 전층 화상 절개술

참고: 수술 후 1일에서 3일 사이에 동물은 3도 화상 후 에스카의 전체 두께 외과적 절제를 받게 됩니다.

1. 마취, 삽관 및 동물을 앙와위 위치에 놓는 것을 포함하여 동물의 유사한 준비 후, 3 단계 피부 준비를 통해 피부를 준비하고 동물의 등을 멸균 드레이핑합니다.
2. 부상 유형을 확인하기 위해 상처에 4mm 펀치 생검( 재료 표 참조)을 수행합니다.
3. 깊은 진피에 도달할 때까지 멸균 메스 칼날(n°15)로 에스카를 원형 절개하여 escharotomy^43,44를 수행합니다.
4. 한 쌍의 멸균 Adson 조직 겸자(2/1 치아 포함)( 재료 표 참조)로 에스카의 한쪽을 단단히 잡고 위쪽으로 연결하여 에스카의 깊은 한계를 드러냅니다.
5. 메스 블레이드를 사용하여 escharotomy를 계속하면서 깊은 진피/기저 근막 내에서 동일한 평면을 유지합니다. 출혈이 있는 진피는 조직 생존 가능성의 징후로 간주됩니다.
   1. 이 과정에서 세동맥이 절단된 경우 양극성 응고 겸자를 사용하여 최소한의 소작을 수행합니다( 재료 표 참조). 주의: 생성된 상처 부위를 광범위하게 소작하면 치유가 지연될 수 있으므로 엄격히 피해야 합니다.
6. 최종 드레싱을 놓기 전에 국소 지혈을 강화하기 위해 상처 부위에 첫 번째 건조 구아즈 세트를 5분 동안 올려 놓습니다.
7. 이전과 유사하게 상처 부위를 드레싱하고(4.7단계) 여러 개의 마른 거즈를 추가하여 구멍을 채웁니다. 앞서 언급 한 것과 동일한 레이어를 적용하십시오 : 팅크 벤조인 스프레이, 접착 투명 드레싱, 자체 접착 랩, 튜브형 스톡키넷.
8. opioïd 경피 패치를 변경하고 Caprofen(2-4 mg/kg, IM)을 주사하여 진통을 제공합니다.

6. 후속 상처 드레싱

참고: 후속 드레싱은 실험적 처리 설계와 동물의 내성에 따라 2-7일마다 수행됩니다. 상처 드레싱은 건조한 환경에서 재상피화를 허용하고 동물의 내성을 향상시키기 위해 21일 후에 중단할 수 있습니다. 또는 치료군이 습하거나 습한 환경을 필요로 하는 경우 연구가 끝날 때까지 드레싱을 연장할 수 있습니다. 급성 치유 과정과 장기간의 치유 과정을 모두 연구하기 위해 추적 관찰 기간을 최대 10주까지 연장했습니다.

1. 짧은 기간 동안 동물을 마취하고 노즈 콘(이소플루란 2-5L/min)으로 앙와위 위치에 놓습니다.
2. 이전 드레싱을 제거하고 멸균 0.9% 식염수와 멸균 거즈를 사용하여 상처를 청소합니다.
3. 해당되는 경우 실험적 치료를 적용하십시오.
4. 마찬가지로, 연구에서 필요한 경우 이 절차 중에 후속 생검을 수행합니다. 그런 다음 동물은 카프로펜(2-4mg/kg, IM, 24시간 효과)과 같은 진통제를 투여받아야 합니다.
5. 대조군 상처를 포함한 모든 상처 부위를 석유 함침 또는 이에 상응하는 거즈, 건식 부직포 거즈 및 접착성 투명 드레싱으로 덮습니다.

결과

그림 2A,B는 Yucatàn 미니피그의 등쪽에 여러 번 화상을 입힌 결과를 보여줍니다. 상처 (I)와 (VII)는 대조 상처(37 °C)입니다. 2도 상처(II; III 및 VIII)가 강렬한 발적과 물집이 나타납니다. 반면, 3도 상처(IV; V; VI)는 창백하고 촉진에 영향을 받습니다. 상처 VIII는 2도에서 3도의 중간으로 보인다는 점에 유의해야 합니다: 진행 중인 연구를 위해 65도에서 접촉 시간을 45초로 늘렸습니다. 그림 2C는 수술 후 3일째에 절개술 후 상처의 양상을 보여줍니다. 2도 상처에는 전신 절제술을 시행하고, 3도 상처에는 2차 치유를 위한 생존 가능한 상처 침대를 만들기 위해 침몰된 화상 조직의 "엔블록" 절제술을 수행했습니다. 출혈이 자발적으로 멈추지 않는 경우 진피신경총의 최소 소작을 수행했습니다. 그림 2D-F는 후속 시점(각각 2주차, 3주차 및 7주차)에서 상처의 양상을 표시합니다.

조직학적 결과는 그림 3(H&E, 5.5x 및 20x)에 나와 있습니다. 대조군 피부(그림 3A,B)는 피부 조직의 나머지 부분에 부착된 각질층(파란색 화살표)을 포함하여 온전한 표피(파란색 브래킷)를 보여줍니다. 진피는 균질한 옅은 분홍색 호산구 증가증(콜라겐 및 탄성 섬유 - 빨간색 별표)을 보여줍니다. 2도 화상(그림 3D,E)은 대조군(물집에 해당하는 분열면)에 비해 각질층의 손실을 보여줍니다. 표재성 진피는 더 강한 호산구 증가증과 진피 구조 내의 균열/골절(파란색 화살표)을 보여줍니다. 깊은 혈관이 보존됩니다(빨간색 화살표). 3도 화상(그림 3G,H)은 심한 진피 골절(파란색 화살표)이 있는 한 진피의 호산구 증가증이 있는 광범위한 부상을 보여주며, 깊은 진피에서 피하까지 도달합니다(지방세포 공허, 녹색 별표). 마지막으로, 트리크롬 염색(그림 3C,F,I)을 통해 결합 조직을 더 잘 평가할 수 있습니다. 열변성 콜라겐의 염색성 차이를 사용하여 화상 깊이를 보여줍니다. 그림 3C는 상단 표피층이 있는 대조 상처 생검의 온전한 진피의 파란색 특징을 명확하게 보여줍니다. 이는 2도 화상(그림 3F)과 대조되며, 상피의 손실은 상부 진피층의 콜라겐 변성을 동반합니다(흰색 별표). 마지막으로, 3도 상처(그림 3I)는 진피층의 광범위한 붉은 염색(노란색 화살표)과 함께 표피층의 손실을 보여주며, 이는 피부의 이 층에서 완전한 콜라겐 변성을 나타냅니다.

그림 1: 수술실 위치, 화상 장치 설정 및 연구 설계. 동물을 마취하고, 삽관하고, 환기시키고, 누워둡니다. 황동 블록은 알루미늄 구슬 +/- 물로 채워진 예열 용기에 넣습니다. 온도계는 심부 온도를 모니터링할 수 있도록 황동 블록의 중앙에 배치됩니다. 목표 온도는 연구 설계에 따라 목표 연소 깊이에 따라 다릅니다. 부분적인 두께의 화상을 유발하려면 추가 압력 없이 65°C에서 30초 접촉하는 것이 좋습니다. 3도 화상의 경우 추가 압력 없이 93°C에서 30초 동안 접촉하는 것이 좋습니다. 2도 및 3도 화상은 피부 두께의 차이로 인한 편향을 피하기 위해 무작위로 지정해야 합니다. 사전 문신이 있는 상처 위치를 통해 후속 조치 중에 각 무작위 상처를 쉽게 모니터링할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: Yucatan Minipig에서 무작위 다중 깊이 화상에 따른 상처 측면의 대표적인 결과. (A) 문신 시술은 8개의 상처 부위 모두에 문신을 놓아 시술합니다. 모니터링을 용이하게 하기 위해 각 위치에 번호가 매겨져 있습니다. (B) 화상 생성 후 상처의 양상. 상처 I과 VII는 대조군이며, 상처 II, III, VIII는 부분 두께의 상처입니다. 상처 IV, V, VI는 3도 상처입니다. (C) POD3의 3도 상처의 절개술 후 상처의 양상. 부분적인 두께의 상처에 대해서도 반구 절제술을 시행했습니다. (D) 3도 상처(II 및 V)의 깨끗한 상처 바닥과 부분 두께의 상처(III, IV, VI, VII, VIII)의 피부 부속지에서 재상피화 섬을 보여주는 POD14의 상처 치유 측면. (E) 3도 상처 침대의 구축 및 2도 상처에 대한 추가 재상피화를 보여주는 POD21의 상처 치유 과정의 양상. (F) 3도 상처에서 진행된 상처 구축과 중요한 염증 후 과색소침착을 동반한 부분 두께의 상처의 소계 상피화를 보여주는 POD49의 상처 양상. 표시된 상처는 생검 부위 흉터를 나타낼 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 조직학적 결과. 상처의 조직학적 측면의 대표적인 결과[광학 현미경 10배(A,C,D,F,G,I) 및 20배(B,E,H)); 헤마톡실린 및 에오신(A,B,D,E,G,H); Masson의 삼색(C,F,I)]. 대조군 피부(A,B)는 피부 조직의 나머지 부분에 부착된 각질층(검은색 화살표)을 포함하여 온전한 표피(검은색 브래킷)를 보여줍니다. 진피는 균질한 옅은 분홍색 호산구 증가증(콜라겐 및 탄성 섬유 - 빨간색 별표)을 보여줍니다. 트리크롬 염색(C)은 표피층과 결합 조직 및 피부 콜라겐 섬유의 정상적인 측면을 나타냅니다. 2도 화상(D,E)은 대조군(골절개면, 발작 절제술 중 제거)에 비해 각질층의 손실을 나타냅니다. 표재성 진피는 더 강한 호산구 증가증과 진피 구조 내의 균열/골절(파란색 화살표)을 보여줍니다. 깊은 혈관이 보존됩니다(빨간색 화살표). Trichrome (F)은 상피의 손실을 나타내며 상부 진피층의 콜라겐 변성을 동반합니다 (노란색 화살표). 3도 화상(E,F)은 심한 진피 골절(파란색 화살표)과 함께 진피의 호산구 증가증이 있는 광범위한 부상을 보여주며, 심부 진피에서 피하층까지의 진피(지방세포 공허, 녹색 별표) 및 진피층의 광범위한 적색 염색(I, 노란색 화살표)이 트리크롬으로 나타나 완전한 콜라겐 변성을 나타냅니다. 눈금 막대: A,D,G, 500 μm; B, E, H, 100 μm; C,F,I, 200 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 화상 상처 생성에 사용된 황동 블록의 엔지니어링 도면. (A) 블록을 만드는 데 사용된 황동 블록의 치수를 보여주는 그림. 직경이 40mm이므로 최적의 크기로 상처를 만들 수 있으며 20-30kg의 유카탄 미니피그에서 8개의 상처를 디자인할 수 있습니다. (B) 온도계가 블록의 중심 온도를 측정할 수 있도록 중앙 터널이 있는 황동 블록의 최종 측면을 보여주는 다이어그램. (C) 수은 온도계에 표시된 65°C로 가열된 황동 블록을 강조한 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

토론

화상에 따른 상처 치유는 최대 수개월이 걸릴 수 있는 긴 과정이며, 다양한 치료 옵션과 환자 치료를 위한 고려 사항이 있다 ^2,13. 이를 연구하기 위해서는 신뢰할 수 있고 재현 가능한 모델이 필요합니다. 주로 설치류(29,45,46) 및 돼지(^29,47)를 포함하는 여러 동물 모델이 설명되었다. 돼지 모델은 인간의 피부 구조^34,48과 유사하기 때문에 더 관련성이 있습니다. 다 자란 돼지의 크기는 동일한 동물에게 여러 개의 상처를 입힐 수 있다는 것을 의미하며, 통계적 유의성을 높이고 실험적 치료와 대조군 간의 개체 간 변동성을 제거한다⁷. 반드시 연령이 아닌 체중으로 주제를 선택하는 것이 좋습니다. 현재 모델 모델은 전체 신체 표면의 8% 미만을 유지하면서 최대 10개의 상처를 시술할 수 있습니다. 이를 통해 혈역학적 결과와 관리 가능한 통증을 피할 수 있습니다.

임계점은 품종과 관련이 있습니다. 현존하는 대부분의 돼지 프로토콜은 요크셔 돼지 29,31,47,48을 사용하지만, 우리는 몇 가지 이유로 유카탄 미니피그 모델을 개발했습니다. 첫째, 이 미니피그 품종은 후속 개월 동안 거의 성장을 보이지 않습니다^36,49. 이를 통해 성장과 관련된 상처 크기 변동을 최소화할 수 있으므로 개체 내 비교를 개선할 수 있습니다. 요크셔 돼지에 비해 체중 변동이 낮기 때문에 마취제의 최적화와 투여량이 더 우수합니다. 둘째, 멜라닌의 양이 많으면 화상 상처 및 치유에 대한 색소 피부 반응을 연구하는 데 관련이 있으며, 이는 인간 광형 3 내지 6에 대한 더 나은 적용 가능성을 시사합니다 35,50,51. 라이스(Rice) 등은 화학적 화상의 치료제로 박피술을 받은 유카탄과 국내 백돼지 사이에 상당한 치유 차이를 발견했다⁵². 더욱이, 광형이 높을수록 비후성 및 켈로이드와 같은 병리학적 흉터의 비율이 임상적으로 더 높았지만, Red Duroc 품종이 비후성 흉터 평가에 가장 정확한 것으로 보인다^34,56. 또한, 색소 치유 표피는 외부 가장자리와 부속물에서 재상피화 과정을 더 쉽게 측정할 수 있도록 합니다. 마지막으로, 이 모델은 염증 후 색소 침착(post-inflammatory hyperpigmentation)의 명확한 징후를 보여주며(그림 2D-F), 이는 추가 연구에서 다루어야 할 흥미로운 부분이기도 합니다. 다른 저자들은 이 minipig 모델을 사용하여 약리학적 피부 독성 및 광독성을 연구했으며 인간 결과에 대한 안전성 및 효능에 대한 인상적인 예측 값을 각각 89% 및 100%로 발견했습니다⁵⁷. 이러한 특징이 상처 치유를 연구하는 데 유카탄 미니피그 모델의 관련성을 강조한다면, 화상이라는 특정 분야에 대한 문헌은 여전히 빈약하다. 따라서 화상 상처 치유와 다양한 진단 및 치료 개입에 대한 연구를 가능하게 하기 위해 재현 가능한 모델을 설명할 필요가 있어 보였습니다.

이전 프로토콜은 돼지 모델에서 화상을 연구하기 위해 설명되었습니다. Branski et ^al.58 은 2008년에 200°C로 가열된 알루미늄 막대를 사용하여 전체 두께의 열 접촉 화상을 입힐 수 있는 모델을 발표했습니다. 이전의 여러 간행물에서 영감을 받은 이 기술은 알루미늄 막대에 부착된 50mL 주사기를 사용하여 압력을 제어했습니다. 압력이 화상 부상의 정도에 영향을 미치기 때문에 이 기능이 관련성이 있는 것처럼 보이지만 장치의 정밀도는 정확도가 떨어질 수 있습니다(주사기 자체에 대한 작업자의 압력은 고려되지 않고 피스톤 위치의 변화에 따른 압력 수준). 보다 최근에는 Kim et ^al.59 및 Seswandhana et ^al.60 이 전기 가열 장치와 온도 제어 기능이 있는 맞춤형 장치를 사용하여 재현 가능한 화상 상처를 입증했습니다. 두 장치 모두 하향력을 측정하는 압력 모니터링 기능이 포함되어 있었습니다. Kim이 설명한 피드백 루프는 접촉 중에 코어 온도와 표면 온도를 모두 유지할 수 있도록 합니다. 두 저자 모두 연소 깊이와 압력 사이의 좋은 상관 관계를 보여주며 압력 제어의 중요성을 강조했습니다. 우리는 황동 블록에 무게 외에 추가 압력을 가하지 않기로 결정했으며 작업자의 조치는 단순히 안정화입니다. 목표는 모델을 단순화하고 변수의 수를 최소화하는 것이었습니다. Fan et ^al.61 은 글리세린으로 채워진 수정된 납땜 인두를 사용하여 유사한 모델을 설명했는데, 이는 보충적인 계면 열 저항을 생성하는 단점이 있습니다. 블록은 비열 용량(c)이 395W/m*K이고 열전도율(k)이 134J/kg*^K1인 황동으로 만들어졌습니다. 철(c = 490 W/m*K, k = 66 J/kg*K) 및 알루미늄(c = 949 W/m*K, k = 240 J/kg*K)과 같은 다른 일반 금속과 비교할 때 이러한 특성으로 인해 원하는 온도에 더 빨리 도달할 수 있고 최대 열이 피부로 빠르게 전달되어 화상을 입을 수 있습니다. 재현성을 높이기 위해 그림 4 는 화상 제작에 사용된 황동 블록의 특징을 보여줍니다. 그림 4A 는 모든 치수가 mm 단위인 황동 블록의 엔지니어링 도면을 보여줍니다. 그림과 같이 블록의 외경은 40mm x 높이 151mm입니다. 점선은 구멍 직경이 9mm이고 깊이가 128mm인 온도계를 삽입하기 위해 블록을 통과하는 동축 구멍을 나타냅니다. 그림 4B, C 는 코어 온도 측정을 위해 황동 블록에 삽입된 온도계를 보여줍니다.

현재 모델의 한 가지 한계는 리브 릴리프로 인한 불에 타지 않은 영역의 지속성이며, 이는 주로 부분 두께 화상에서 문제가 됩니다(그림 2). 이는 각질형성세포 이동의 중심 소스를 제공함으로써 재상피화 과정에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 단단한 재료를 사용하여 화상을 입는 동안 이 문제를 피하기는 어려워 보입니다. 또한, 타지 않은 영역의 전체 표면은 미미하며, 황동 블록의 직경 4cm는 반복적인 펀치 생검에도 불구하고 긴 추적 관찰로 연구를 수행할 수 있는 충분한 상처 표면을 제공합니다.

또 다른 주요 변수는 이 프로토콜에서 POD3에 계획된 전층 화상에서 escharotomy의 타이밍입니다. 이 지연된 시점은 임상 실습에서 화상 상처 전환이라고도 하는 지연된 조직 손상을 특징으로 하는 그림자 영역을 대상으로 하기 위해 선택되었습니다^62,63. 목표는 모든 손상된 조직을 제거하는 것이었는데, 이는 이 시점에서 eschar의 응집력에 의해 촉진되었습니다. 이 타이밍은 또한 항염증제⁽64,65,66), 줄기세포 요법⁽18,67,68), 냉찜질(⁶⁹) 또는 항응고제⁽65,70,71)와 같은 "그림자 영역"의 지연된 부상을 줄이기 위한 조기 중재를 연구할 수 있게 해준다. 또한, 대부분의 저자는 2주에서 4주의 짧은 추적 기간을 설명했지만(^29,47), 여기서는 8-10주의 연장된 추적 관찰 기간을 채택하여 급성기뿐만 아니라 2차 치유 단계도 연구할 수 있도록 했습니다.

이 장기간의 추적 관찰 동안에는 수술 후 관리와 상처 드레싱이 매우 중요합니다: 팀은 동물에게 적절한 치료를 제공할 수 있도록 훈련을 받아야 합니다. 유카탄 품종은 종종 건조한 피부를 나타내며 불편 함의 징후이며 상처의 후속 자해로 이어질 수 있는 소양증을 줄이기 위해 일주일에 여러 번 보습 로션을 받아야 합니다. 이 원고에 제시된 다층 드레싱은 우리 센터 ^7,72 내의 유사한 모델에 대한 수년간의 경험의 결과입니다. 동물들은 불편함이나 고통의 징후를 보이지 않는다. 이 연구에서 감염 사례는 발견되지 않았지만, 이러한 잠재적인 합병증을 조기에 발견하기 위해 처음 2주 동안은 매일 모니터링이 여전히 필요합니다. 이는 현대 연구에서 가장 중요한 안전 및 동물 복지 준수를 강조합니다. 우리는 공기 노출과 건조 재상피화를 허용하기 위해 3주 후에 드레싱을 중단하기로 결정했습니다^73,74. 그러나, 화상 상처 치유를 향상시키기 위해 나노 입자 기반²⁰ 및 가교 젤⁽³⁵)의 현대 시대에는, 지속적인 폐색 드레싱이 이 프로토콜로 구현될 수 있습니다.

마지막으로, 이 모델의 주요 특징 중 하나는 동일한 주제에서 다른 상처 깊이를 연구할 수 있다는 것입니다. 조직학 결과는 이러한 측면에서 프로토콜의 관련성을 확인합니다. 이 기능은 화상 깊이, 초기 단계의 악화 또는 치유 과정에서의 개선을 측정하는 데 도움이 되는 새로운 기술과 같은 진단 목적뿐만 아니라 1도, 2도 및 3도 화상에서 새로운 치료법과 그 감별 작용을 평가하는 데에도 유용합니다. 치유 과정은 초기 화상 깊이에 따라 크게 다르기 때문에 이 모델을 사용하면 개인 간 변동을 피하면서 잠재적 치료법의 차등 효과를 측정할 수 있습니다. 그러나, 한 가지 제한 사항은 동일한 동물에 여러 화상 유형을 혼합하면 상처 깊이와 총 화상 표면적(⁷⁵)에 따라 달라지는 것으로 알려진 금속단백분해효소, 전염증성 및 항염증성 사이토카인과 같은 전신 바이오마커를 평가할 수 없다는 것입니다.

결론적으로, 현재의 Yucatan Minipig 화상 모델은 화상 부상 후 상처 치유를 연구할 수 있는 신뢰할 수 있는 플랫폼을 제공하는 능력이 두드러집니다. 돼지와 인간 피부 사이의 생리학적 근접성을 활용하는 이 돼지 모델은 통제된 개체 내 비교와 단일 동물에 대한 여러 유형의 상처를 수용할 수 있는 능력을 포함하여 뚜렷한 이점을 제공합니다. 재현 가능한 화상 유도 기술, 중재 시기 및 연장된 후속 관찰 기간은 이 모델의 임상적 관련성과 신뢰성을 향상시키는 중요한 포인트입니다. 유카탄 피부는 비후성 흉터 및 염증 후 색소 침착과 같은 색소 침착 피부에 특정한 현상을 연구할 수 있습니다. 임상의에게 "그림자 영역" 화상 전환을 안내하는 것을 목표로 하는 새로운 진단 도구와 나노 입자 또는 3D 프린팅 피부 이식편과 같은 최신 치료법은 급성, 지연성 및 장기 화상 단계를 연구하기 위해 귀중한 전임상 모델이 필요하다는 것을 보여주는 예입니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
Adson 조직 펜치	Jarit	130-234
알루미늄 비즈	Lab Armor	42370-002	Lab Armor 비즈
부프레노르핀 염산염	Ranbaxy Pharmaceuticals	NDC:12469-0757-01	부프레넥스 주사 가능한
Carprofen	Pfizer	NADA 141-199	Rymadyl 50mg/ml 주사제
원	고에 포함된 원고에	포함된 수제	N/A
더모그래피 펜	McKesson	수술용 피부 마커 멸균
일회용 #15 수술용 메스	Medline	MDS15315	메스 블레이드
펜타닐 패치	Mylan	NDC:60505-7082	펜타닐 경피 시스템
이소플루란	Piramal	NDC : 66794-013-25	Isoflurane, USP
McPherson 양극성 응고 겸자	Bovie	A842	재사용 가능, 오토 클레이브 가능
Miltex 모듬 생검 펀치 (3,4 및 5mm)	Integra	33-38	생검 펀치 - 연구에 적응할 크기
부직포 거즈	Starryshine	GZNW22	2 x 2 "부직포 4 플라이 의료용 거즈 패드
포비돈-요오드	Betadine	NDC:0034-9200-88	외과용 스크럽 7.5%
메마른 등장성 염화나트륨 해결책 0.9%	Aqualite 체계	RL-2095	메마른 염분 해결책
귀영나팔 잉크	Spaulding & Rogers	Black - 2 oz - #9053
타투 마커	Spaulding & 로저스	스페셜 일렉트릭 타투 마커
타투 니들	Spaulding & Rogers	1310251	Tattoo 5 포인트 바늘
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온도계	American Scientific	U14295	튜브 수은 온도계
틸레타민 및 졸 라제팜 하이드로 클로	라이드Zoetis	NDC : 54771-9050
벤조인 스프레이 Smith&의	; 조카	407000	접착 층 스프레이
트리플 항생제 연고	Fougera	NDC 0168-0012-31	트리플 항생제 연고
관형 stockinette	Medline	NONNET02	Curad Medline 라텍스 무료 탄성 그물
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Xeroform 폐색 거즈 스트립	Covidien	8884433301	Xeroform 바셀린 상처 드레
Xylazine	Vetone	NDC : 13985-704-10	AnaSed LA
Yucat à n minipigs (암컷, 30 kg)	Sinclair Bio Resources	N/A	전체 색소 침착