Свиная модель биопленочной инфекции и невидимых ран
16 июня 2023 г.
Хронические раны, устойчивые к антибиотикам, представляют серьезную угрозу для системы здравоохранения. Инфекции биопленки являются упорными и враждебными и могут привести к недостаточному функциональному закрытию раны. Мы представляем клинически значимую модель хронических ран, инфицированных биопленкой, по всей толщине. Эта модель эффективна как для механистических исследований, так и для тестирования вмешательств.
Инфицирование биопленкой вносит существенный вклад в хронизацию раны. Эта доклиническая модель инфицирует раны свиней по всей толщине клинически изолированными патогенами для изучения образования биопленки раны и биопленкозависимых изменений в исходах ран. Включая как микробные, так и принимающие факторы, мы стремимся исследовать сложные взаимодействия микробов-хозяев, лежащих в основе патогенных биопленок в хронических ранах.
Несмотря на то, что в современной литературе нет различий между этими двумя понятиями, агрегаты биопленки раны значительно отличаются от агрегатов биопленки, обнаруженных в результате микробных взаимодействий при отсутствии защитных механизмов человека хозяина. Например, биопленка, выращенная на пластиковой поверхности или, скажем, на омертвевшей коже. Итеративное взаимодействие между микробными процессами и системами иммунной защиты хозяина приводит к образованию агрегатов биопленки раны.
Поскольку этот процесс занимает несколько дней, наличие более долгосрочной модели раневой инфекции имеет решающее значение. Как в системах in vitro, так и ex vivo отсутствует необходимый иммунный ответ хозяина, необходимый для изучения биопленки раны. В то время как краткосрочные исследования in vivo дают острый ответ и не позволяют созревать биопленке, наша стандартизированная доклиническая экспериментальная система с отчетными клинически значимыми результатами устраняет эти пробелы.
В то время как рана, инфицированная биопленкой, может структурно закрыться, она может не достичь функционального закрытия раны, поскольку восстановленная чешуйка часто не восстанавливает барьерную функцию. Поврежденная пораженная кожа с нарушенной барьерной функцией представляет собой открытую, невидимую рану, которая структурно закрыта, но функционально открыта. Наше исследование подчеркивает важность измерения барьерной функции кожи в месте заживления раны для определения функционального закрытия раны.
Барьерная функция измеряется клинически валидированным измерением трансэпидермальной потери воды в месте оказания медицинской помощи.
Обзор
В данном исследовании представлена клинически значимая модель на свиньях для изучения хронических ран, инфицированных биопленками. Данная модель позволяет исследовать взаимодействия между хозяином и микроорганизмами, а также оценивать эффективность методов лечения ран.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Биология
- Инфекционные заболевания
Теоретическая база
- Хронические раны, устойчивые к антибиотикам, представляют собой серьезную проблему для здравоохранения.
- Биопленочные инфекции препятствуют эффективному заживлению ран.
- Современным моделям не хватает необходимого иммунного ответа хозяина для изучения созревания биопленки.
- Понимание динамики биопленок имеет решающее значение для улучшения результатов заживления ран.
Цель исследования
- Разработать модель на свиньях, имитирующую хронические раны у человека.
- Исследовать взаимодействия между микробными биопленками и иммунным ответом хозяина.
- Оценить функциональное закрытие раны и восстановление кожного барьера.
Используемые методы
- Создание полнослойных ожоговых ран у свиней.
- Инокуляция ран клиническими изолятами патогенов.
- Измерение трансэпидермальной потери воды для оценки функции кожного барьера.
- Использование методов визуализации для оценки заживления ран и образования биопленок.
Основные результаты
- Формирование биопленки было подтверждено на седьмой день после инокуляции.
- В области раны наблюдалось неполное заживление, что указывает на хронический характер процесса.
- Отмечалась высокая трансэпидермальная потеря воды, что отражает нарушение барьерной функции.
- Гистологический анализ выявил деформацию и некроз слоев кожи.
Выводы
- Модель на свиньях эффективно имитирует условия хронических ран для проведения исследований.
- Понимание динамики биопленок необходимо для разработки стратегий лечения.
- Измерение барьерной функции кожи имеет решающее значение для оценки заживления ран.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для отрасли
Инфекция биопленок при хронических ранах остается серьезной проблемой для трансляционной медицины, при этом функциональное заживление ран и восстановление барьерной функции являются критическими конечными точками для разработки методов терапии. Долгосрочная модель на свиньях позволяет проводить прогностическую оценку взаимодействий между хозяином и патогеном, а также эффективности вмешательств в клинически значимой иммунокомпетентной системе. Данная модель способствует обоснованному продвижению кандидатов для лечения ран, предоставляя количественные, механистически подтвержденные показатели для сортировки портфеля препаратов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишеней
- Позволяет исследовать динамику взаимодействия хозяина и микроорганизмов, лежащую в основе патогенеза хронических ран.
- Способствует снижению биологических рисков за счет моделирования иммунного ответа и созревания биопленки in vivo.
- Дает возможность понять механизмы функционального заживления ран в противовес структурному закрытию.
- Повышает прогностическую уверенность при выборе мишеней для противобиопленочного воздействия.
Скрининг и разработка анализа
- Предоставляет валидированную, воспроизводимая платформу in vivo для оценки кандидатов.
- Стандартизирует количественную оценку заживления ран с использованием TEWL, LSI и HUSD.
- Позволяет проводить скрининг вмешательств для оценки их влияния как на бактериальную нагрузку биопленки, так и на барьерную функцию.
- Обеспечивает масштабируемость и повторное использование платформы для различных противоинфекционных средств и препаратов для заживления ран.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует клиническим конечным точкам за счет измерения функционального закрытия раны и восстановления кожного барьера.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации в системе, релевантной данному заболеванию.
- Позволяет принимать решения о дальнейшем продвижении с учетом рисков на основе данных трансляционных биомаркеров.
- Способствует снижению механистических рисков при выборе кандидатов на поздних стадиях разработки.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данная модель на свиньях позволяет связать этапы первичного поиска, идентификации ведущих соединений и доклинической валидации терапевтических средств для лечения хронических ран, направленных на борьбу с инфекциями, вызванными биопленками, и восстановление барьерной функции.
- Открывательная биология: позволяет проверять гипотезы о взаимодействии хозяина и патогена, а также о хронизации процесса, вызванной образованием биопленок.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные результаты для приоритизации перспективных кандидатов.
- Аналитика: объединяет показатели TEWL, LSI и HUSD для многомерной оценки состояния раны.
- Трансляционные исследования: позволяет сопоставить доклинические данные с клиническими показателями функционального закрытия раны.
- Корпоративное повторное использование: создает стандартизированную, пригодную для повторного использования платформу in vivo для изучения инфекций ран.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования и снижает механистическую неоднозначность в исследованиях хронических ран.
- Операционная ценность: обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые и масштабируемые рабочие процессы in vivo.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет опоры на функциональные конечные точки.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков и продвижение активов в области заживления ран.
Рекомендации по реализации
- Требуется опыт проведения хирургических операций на крупных животных и моделирования ран.
- Необходим доступ к оборудованию для визуализации (LSI, HUSD) и приборам для измерения TEWL.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов создания ран, инокуляции и оценки.
- Адаптация к другим патогенам или типам ран может потребовать оптимизации протокола.
- Длительные исследования на животных влекут за собой логистические и этические аспекты.
