Dit protocol schetst de procedure voor het induceren van acne-ontsteking in de huid van ratten met oliezuur en Cutibacterium acnes.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Dit protocol schetst de procedure voor het induceren van acne-ontsteking in de huid van ratten met oliezuur en Cutibacterium acnes.
Acne vulgaris is een veel voorkomende chronische huidaandoening die wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van comedonen, papels en puisten op het gezicht, de nek en de borst. Om de ontsteking van acne vulgaris te simuleren, beschrijft dit protocol een aanpak om een samengesteld acne-knaagdiermodel op te zetten door acne-ontsteking in rattenoren te induceren met behulp van oliezuur en Cutibacterium acnes (C. acnes). Ratten werden willekeurig verdeeld in vier groepen: de normale controlegroep (NC), oren behandeld met oliezuurgroep (OA), oren behandeld met C. acnes-groep (C. acnes), oren behandeld met oliezuur en C. acnes (OA + C. acnes). Om overmatige talgproductie na te bootsen, werd oliezuur gedurende 25 dagen op de oren van ratten gesmeerd in de groepen OA en OA + C. acnes .
Van dag 21 tot 25 werd C. acnes-suspensie intradermaal geïnjecteerd in de oren van ratten in de groepen C. acnes en OA + C. acnes om de acne-ontsteking te verergeren. De oordikte werd wekelijks gemeten als maatstaf voor de ernst van de ontsteking. Grove observatie, hematoxyline- en eosinekleuring en immunohistochemie (IHC) werden uitgevoerd en de resultaten toonden aan dat de oren van de OA-groep en de OA + C. acnes-groep verdikt en verhard waren, vergezeld van erytheem en de aanwezigheid van comedonen. Daarnaast werden papels waargenomen in de groepen C. acnes en OA + C. acnes . De histopathologie vertoonde hyperkeratinisatie en uitgebreid infundibulum van de haarzakjes in OA en OA + C. acnes groepen. Infiltratie van ontstekingscellen en abcessen werd gevonden in de dermis van C. acnes en OA + C. acnes groepen. De IHC-resultaten bevestigden verhoogde niveaus van tumornecrosefactor (TNF)-α in de dermis van C. acnes - en OA + C. acnes-groepen . Alle bovenstaande resultaten duidden gezamenlijk op de succesvolle oprichting van het samengestelde acne knaagdiermodel.
Acne vulgaris is een veel voorkomende chronische huidziekte die wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van comedonen, papels en puisten op het gezicht, de nek en de borst, die in ernstige gevallen kunnen evolueren naar knobbeltjes, cysten enpermanente littekens. Epidemiologische studies melden dat acne 9,4% van de wereldbevolking treft, terwijl de daaruit voortvloeiende symptomen ernstige fysieke en psychosociale uitdagingen met zich meebrengen 2,3.
De pathogenese van acne is multifactorieel, waaronder vier kritieke processen: overmatige talgproductie, vorming van comedonen, folliculaire kolonisatie door huidmicrobiota en de afgifte van ontstekingsmediatoren rond de talgkliereenheid 4,5. Verhoogde talgafscheiding, resulterend in de ophoping van overtollige onverzadigde vrije vetzuren (UFFA's), draagt bij aan de abnormale reproductie van huidmicrobiota, waaronder Cutibacterium acnes, zoals aangetoond in genomische studies6. Ondertussen breekt de huidmicrobiota de talg af en verhoogt de concentratie van UFFA's, wat leidt tot een vicieuze cirkel7. Bovendien veroorzaken overtollige UFFA's hyperkeratinisatie in de haarzakjes, wat op zijn beurt acne veroorzaakt8. Huidmicrobiota en verhoogd talg activeren beide Toll-like receptoren (TLR's) om meerdere pro-inflammatoire cytokines te produceren, zoals interleukine (IL)-1 en TNF-α 9,10. Deze cascade van ontstekingen, in combinatie met verhoogde talg en microbiële overgroei, culmineert in uitgesproken hyperkeratose van de haarfollikel en het ontstaan van acne11.
De snelle ontwikkeling op het gebied van acneonderzoek en gerelateerde klinische vereisten heeft geleid tot de creatie van een reeks diermodellen van acne-ontsteking op het oor van ratten, de ruggen van ratten of muizen en konijnenoor 12,13,14,15. De methoden omvatten intradermale injectie van C. acnes, het aanbrengen van oliën op de huid om de abnormale afscheiding van de talgklieren en hyperkeratinisatie te simuleren, of een combinatie van beide om de huidontsteking te versnellen om acne te vormen 16,17,18,19. Het gebruik en de dosering van chemische middelen en biologische agentia variëren echter tussen eerdere studies, wat onderzoekers die van plan zijn een geschikt acnemodel op te stellen, in verwarring kan brengen. Deze studie had tot doel een eenvoudig te bedienen en effectieve methode vast te stellen om een samengesteld acne-knaagdiermodel te vormen en een modelreferentie te bieden voor onderzoekers die acne vulgaris bestuderen.
Dit protocol heeft ethische goedkeuring gekregen van de Beijing University of Chinese Medicine (nr. 2023033103-1183). Twaalf mannelijke Sprague-Dawley-ratten (gewicht, 208 g ± 5 g) werden in dit protocol gebruikt en verdeeld in vier groepen: NC-groep (n = 3), OA-groep (n = 3), C. acnes-groep (n = 3) en OA + C. acnes-groep (n = 3).
1. Ontwikkeling van het acnemodel
2. Weefselverzameling en -analyse
3. Statistische analyse
Dikte en uiterlijk van de huid
Van dag 7 tot dag 21 waren de oren in de OA-groep en de OA + C. acnes-groep significant dikker dan die van de NC- en C. acnes-groepen . Op dag 25 waren de oren in de OA-groep, de C. acnes-groep en de OA + C. acnes-groep significant dikker dan die van de NC-groep (p < 0,05). De gemiddelde dikte van de oren tijdens het experiment is weergegeven in figuur 2 en tabel 2.
Van dag 7 tot dag 25 werden de oren in de OA-groep en de OA + C. acnes-groep verdikt en verhard, vergezeld van erytheem, schubben en comedonen. Er werd waargenomen dat de ratten van tijd tot tijd aan hun oren krabden, wat bloedingen veroorzaakte. Op dag 25 werden papels gevonden in de oren van de C. acnes-groep en de OA + C. acnes-groep (Figuur 3).
Histopathologie
Parakeratose en hyperkeratose werden waargenomen in de haarzakjes, samen met hypertrofie van de korrelige laag en de doornuitsteeksellaag, en dilatatie van de haarfollikel infundibulum in de oren van de OA-groep en de OA + C. acnes-groep . De dermis van de groepen C. acnes en OA + C. acnes vertoonde gemengde inflammatoire celinfiltratie, waaronder lymfocyten en neutrofielen. Ook vertoonde de dermis een significante aanwezigheid van erytrocytenextravasatie en abcessen bij C. acnes en OA + C. acnes (Figuur 4). Zoals te zien is in figuur 5, liet de pathologische score een toename zien in de C. acnes-groep en de OA-groep in vergelijking met de NC-groep en was de score significant hoger in de OA + C. acnes-groep dan in de NC- en OA-groepen (p < 0,05).
IHC
Zoals te zien is in figuur 6, kwam TNF-α sterk tot expressie in de dermis van de groepen C. acnes en OA + C. acnes .

Figuur 1: Voorbeeldafbeeldingen van pathologische scores. Ontstekingscellen zijn gemarkeerd met rode pijlen. Zie Tabel 1 voor de scoretoewijzing. (A) Score = 0, geen hoorn in infundibulum; (B) score = 1, epitheliale hyperplasie en een dichte, consistente accumulatie van hoorn die het folliculaire kanaal uitzet, hoewel niet ernstig; (C) score = 1, een klein aantal ontstekingscellen rond de follikels; (D) score = 2, wijdverspreide infiltratie van ontstekingscellen in de dermis; (E) score = 3, accumulatie van dichte hoorn die het infundibulum uitzet en zich uitstrekt tot in de talgkanalen, vergelijkbaar met de comedonen van klinische gevallen; (F) aanwezigheid van abcessen rond het infundibulum die mogelijk kunnen leiden tot papels of puisten. Schaalbalken = 100 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: De veranderende trends van oordikte van dag 0 tot dag 25. De NC-groep wordt aangegeven door de rode lijn, de OA-groep wordt aangegeven door de blauwe lijn, de C. acnes-groep wordt aangegeven door de groene lijn en de OA- en C. acnes-groep wordt aangegeven door de gele lijn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Bruto uiterlijk van de oren. De comedonen en papels worden aangeduid met rode pijlen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Histologie van rattenoren. (▲) Hyperkeratose; (■) parakeratose; (•) uitgebreid infundibulum van de haarfollikel; (♦) Infiltratie van ontstekingscellen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Pathologische score. @ geeft een statistisch significant verschil aan tussen de NC-groep en de C. acnes-groep ; # geeft een significant verschil aan tussen de NC-groep en de OA + C. acnes-groep ; * geeft een significant verschil aan tussen de OA + C. acnes-groep en de OA-groep (p < 0,05). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6: IHC-beelden van TNF-α expressie in rattenoren. (♦) Infiltratie van ontstekingscellen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Partituur | Kenmerken | ||
| 0 | Niet-comedogeen. (zie figuur 1 A) | ||
| 1 | Epitheliale hyperplasie en een dichte, consistente ophoping van hoorn die het folliculaire kanaal begint uit te zetten. (zie figuur 1 B) | ||
| 1 | De aanwezigheid van een klein aantal ontstekingscellen, vooral rond de follikels of talgkanalen. (zie figuur 1 C) | ||
| 2 | Wijdverbreide infiltratie van een groot aantal ontstekingscellen. (zie figuur 1 D) | ||
| 3 | De aanwezigheid van ophoping van dichte hoorn die het infundibulum uitzet en zich uitstrekt tot in de talgkanalen, samen met opmerkelijke hyperplasie van folliculaire epitheel. (zie figuur 1 E) | ||
| 3 | De aanwezigheid van abcessen. (zie figuur 1 F) | ||
Tabel 1: Toewijzing van pathologische scores. Voorbeeldafbeeldingen worden weergegeven in figuur 1.
| Tijd | NC groep (mm) | OA groep (mm) | C. acnes groep (mm) | OA + C. acnes groep (mm) |
| Dag 0 | 0,4000±0,0250 | 0,4167±0,0144 | 0,4500±0,0000 | 0,4667±0,0382 |
| Dag 7 | 0,5250±0,0661 | 0,7667±0,0878*▲ | 0,4500±0,0000 | 0,7917±0,0764*▲ |
| Dag 14 | 0,5083±0,0289 | 0,8167±0,1233*▲ | 0,6083±0,0382 | 0,9333±0,0804*▲ |
| Dag 21 | 0,5250±0,0433 | 1,0667±0,2241*▲ | 0,5583±0,0144 | 0,9417±0,0722*▲ |
| Dag 25 | 0,5750±0,0500 | 0,8250±0,1392* | 0,9500±0,1639* | 1,0583±0,0804* |
Tabel 2: Dikte van de oren. Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± standaarddeviatie. Symbool "*" geeft een statistisch significant verschil aan in vergelijking met de NC-groep; Symbool "▲" geeft een statistisch significant verschil aan in vergelijking met de C. acnes-groep (p < 0,05).
Omdat de methodologie en evaluatiecriteria voor een acnemodel niet duidelijk waren, was dit protocol bedoeld om een referentie te bieden voor onderzoekers die acne bestuderen. Vanwege het kleine formaat van het muizenoor en de interferentie veroorzaakt door groeiend haar op de rug, het gebruik van ontharingscrème en een scheerapparaat, kan het oor van de rat een beter alternatief zijn om een knaagdiermodel van acne vast te stellen. We hadden geprobeerd het acnemodel op de achterhuid van ratten te maken, maar het effect was niet zo goed als dat van het rattenoor.
Sommige onderzoekers passen slechts één methode toe om acne-ontsteking te veroorzaken, zoals het aanbrengen van oliën of het injecteren van microben14,16. Studies hebben echter aangetoond dat een verhoogde talgafscheiding de overmatige proliferatie van C. acnes in verstopte follikels bevordert, terwijl C. acnes op zijn beurt de abnormale afscheiding van talgklieren stimuleert; Het samenspel tussen beide kan acne-ontsteking verergeren. Daarom kan het samengestelde model dat wordt geïnduceerd door oliën en C. acnes meer consistent zijn met de klinische laesies van acne 10,21,22. Om de pathologische veranderingen in verschillende experimentele groepen objectief te beoordelen, hebben we een scoresysteem bedacht dat is geïnspireerd op eerder onderzoek, dat de accumulatie van keratine en de daaruit voortvloeiende vergroting van haarfollikelkanalen en epitheliale proliferatie, de infiltratie van ontstekingscellen in de dermis en zelfs de verdere ontwikkeling van abces omvat (Tabel 1 en Figuur 1)16, 23. okt. Door gebruik te maken van deze scoremethode, samen met histopathologische en immunohistochemische (IHC) analyses, ontdekten we dat de toepassing van C. acnes en oliezuur op de oren leidde tot een significantere huidaandoening en ontsteking. Deze bevindingen weerspiegelen de symptomen die worden waargenomen bij matige gevallen van acne bij de mens, wat de waarde van dit samengestelde model onderstreept bij het nabootsen van de ontwikkeling van acne (Figuur 4 en Figuur 5)24.
Om het model beter te kunnen beoordelen, is het noodzakelijk om de dikte van de oren vast te leggen voordat olie en C. acnes worden aangebracht. Aangezien de uitwendige en inwendige dikte van het oor verschillend zijn, hebben we twee specifieke punten vastgelegd om ervoor te zorgen dat de resultaten de dikte van de oren beter weergeven en werkten twee operators samen tijdens het meten van de oren. Bij het aanbrengen van oliezuur op het oor moet erop worden gelet dat het door de vloeibaarheid van oliezuur gemakkelijk in de gehoorgang stroomt en de ratten irriteert; Daarom is het noodzakelijk om het hoofd van ratten te kantelen om te voorkomen dat oliezuur in de gehoorgang terechtkomt.
Comedonen werden waargenomen op dag 7 en de laesies bleven verergeren tot het einde van het experiment. De stimulatie met C. acnes is een andere belangrijke factor die acne beïnvloedt. C. acnes bevordert niet alleen de lipidensynthese in de talgklieren, maar reageert ook met ontstekingscellen rond de haarfollikel en talgklieren in de dermis om ontstekingsfactoren te induceren; Dit verergert de ontstekingsreactie verder 6,25. Daarom gebruiken we intradermale injectie van C. acnes om de ontsteking te versnellen. Aangezien de oren van ratten extreem dun zijn, zijn micronaalden nodig om te voorkomen dat ze worden doorboord. Om een goede intradermale injectie te garanderen, moet de naald onder een hoek van 10 tot 15 graden worden doorboord, met een diepte van ongeveer 1 mm. Wanneer een operator de intradermale injectie uitvoert, moet een andere operator bovendien de kop van de ratten fixeren om te voorkomen dat de oren worden doorboord. Om bloedingen te voorkomen, moet de injectieplaats de oppervlakkige bloedvaten van de ratten vermijden. Na te zijn geïnjecteerd met C. acnes, waren de oren aanzienlijk ruwer, roder en meer gezwollen en werden ze gevonden met papels (Figuur 3).
De toepassingen van talg/talgcomponenten en C. acnes variëren in verschillende experimenten. Sommige onderzoekers hebben de methode van injectie met C. acnes eenmaal aangenomen en vervolgens gedurende zeven dagen met talg aangebracht, wat abces, erytheem en verharding op de rug van ratten veroorzaakte19. Sommige andere onderzoekers injecteerden C. acnes gedurende 4 dagen en smeerden talg gedurende 30 dagen op de oren van ratten18. Er is geen uniforme standaard omdat acne-ontsteking verband houdt met de toepassing van talg/talgcomponenten, de activiteit en concentratie van C. acnes en de weefsels voor het model. In dit experiment werd in plaats van kunstmatig talg oliezuur gebruikt voor het simuleren van talg, aangezien oliezuur niet alleen keratinisatie van haarzakjes induceert, epidermisontsteking stimuleert, maar ook de groei van C. acnesbevordert 6,7,8. In het experiment, 7 dagen na het aanbrengen van oliezuur, vertoonden de oren van de ratten roodheid en zwelling. Van dag 7 tot dag 14 begonnen de rattenoren schubben en comedonen te vertonen. Van dag 15 tot dag 21 namen de comedonen toe, maar er werden geen verdere acnesymptomen waargenomen. Op dag 21 begonnen we intradermaal 1 × 107 CFU C te injecteren. acnes, een veelgebruikte aanpak die in eerdere studies is gedocumenteerd19.
In het begin waren de effecten niet duidelijk, maar later vonden we papels in de oren van de ratten die met C waren geïnjecteerd. acnes. Aangezien de oordikte in de loop van de tijd geen significante variatie tussen de groepen vertoonde, besloten we het experiment op dag 25 te beëindigen (Figuur 2 en Tabel 2). Dit protocol heeft nog enkele beperkingen. De kleine omvang van het oorgebied kan van invloed zijn op de vervolgbehandeling met medicijnen. C. acnes is niet de enige microbiota die betrokken is bij het pathologische proces van acne, dus het kan beter zijn om een verscheidenheid aan bacteriën te gebruiken om acne te induceren om de klinische aandoening na te bootsen.
Alle auteurs verklaren dat ze geen belangenconflicten hebben.
Deze studie werd ondersteund door de National Nature Science Foundation of China (nr. 81974572 en nr. 82274523) en de Beijing University of Chinese Medicine (nr. 202310026002).
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Anaero-indicator | Mitsubishi, Japan | C-22 | |
| AnaeroPack | Mitsubishi, Japan | C-11, C-41 | |
| Columbia blood agar plate | BeNa Cuture Collection, China | BNCC330605 | |
| Constant temperature incubator | SHANGCHENG, China | 303-0 | |
| Cotton swab | HYNAUT, China | _ | |
| Cutibacterium acnes | BeNa Cuture Collection, China | BNCC330605 | |
| Dako REAL EnVision Detection System, Peroxidase/DAB+, Rabbit/Mouse | DAKO, Denmark | K5007 | |
| disposable sterile injection needle | Zhejiang Oujian Medical Apparatus, China | _ | |
| Electronic scale | JINXUAN, China | A017 | |
| Electronic vernier caliper | Deli, China | DL90150 | |
| Oleic acid (Analytical reagent, AR) | Fangzheng, China | _ | |
| Sodium chloride injection | CR Double CRANE, China | Y2212241 | |
| SPSS Statistics | IBM, USA | 26.0 | |
| sterile hypodermic syringes | Shandong weigao group medical polymer, China | _ | |
| TNF Alpha Monoclonal antibody | Proteintech Group,int, USA | 60291-1-lg |
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen