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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Este protocolo explicará cómo establecer un modelo murino de cicatrización hipertrófica que aumente la señalización de mecanotransducción para simular una cicatrización similar a la humana. Este método consiste en aumentar la tensión mecánica a través de una incisión en cicatrización en un ratón y utilizar un dispositivo especializado para crear tejido cicatricial excesivo y reproducible para análisis histológicos y bioinformáticos detallados.
La cicatrización hipertrófica (HTS, por sus siglas en inglés) es un proceso anormal de cicatrización de heridas que resulta en la formación excesiva de tejido cicatricial. Durante la última década, hemos demostrado que la mecanotransducción, la conversión de estímulos mecánicos en respuestas celulares, impulsa la cicatrización excesiva de las cicatrices fibróticas. Un modelo de ratón para evaluar la cicatrización hipertrófica similar a la humana sería una herramienta esencial para examinar diversas terapias y su capacidad para reducir la cicatrización y mejorar la curación. En concreto, nuestro laboratorio ha desarrollado un modelo de herida murina que aumenta la tensión mecánica para promover un HTS similar al humano. Este protocolo utiliza dispositivos de carga biomecánicos, hechos de expansores palatinos modificados de 13 mm, cuyos brazos se colocan a ambos lados de la incisión y se separan gradualmente para aplicar una tensión continua a través del lecho de la herida durante la cicatrización. A lo largo de casi dos décadas de uso, este modelo ha avanzado significativamente para mejorar la eficacia y la reproducibilidad. Utilizando el modelo murino HTS, se puede inducir que las cicatrices fibróticas dérmicas significativas son histológicamente comparables a las cicatrices hipertróficas humanas. Este modelo murino proporciona un entorno para desarrollar productos biológicos implicados en el tratamiento de la HTS y las afecciones relacionadas con la mecanotransducción, como la respuesta a cuerpos extraños.
La cicatrización de heridas, el proceso por el cual el cuerpo intenta reparar el tejido dañado y reconstruir la barrera cutánea, puede resultar en una cicatrización atípica si sus procesos de hemostasia, inflamación, proliferación y remodelación son irregulares. La cicatrización hipertrófica (HTS) es un ejemplo de cicatrización irregular de heridas, caracterizada por la deposición excesiva de matriz extracelular y tejido conectivo en el sitio de la lesión, lo que resulta en la formación de un área de tejido cicatricial agrandada 1,2,3. Las áreas del cuerpo que se someten a estimulaciones mecánicas repetidas de estiramiento, como alrededor de las articulaciones o en la cara, son más propensas a desarrollar HTS y fibrosis 4,5,6,7,8,9,10. Nosotros y otros hemos demostrado que el estiramiento mecánico a través de un lecho de herida promueve la formación de HTS a través de la activación de las vías de mecanotransducción, la conversión de estímulos mecánicos en respuestas celulares.
La HTS no solo implica procesos biológicos complejos, sino que también conlleva importantes desafíos sociales, médicos y económicos para las personas afectadas. Las personas afectadas pueden luchar contra la autoestima y la depresión, especialmente cuando las cicatrices están en áreas visibles como la cara y las manos 1,9,10,12. Artículos de revisión científica indican que la prevalencia de HTS varía entre 32% y 72% en Estados Unidos10,13. La gravedad de estos problemas estéticos, especialmente en los casos de lesiones graves por quemaduras en la región facial, se ve subrayada por el creciente número de casos de trasplante facial completo para mejorar la apariencia10. Estas cicatrices también pueden causar deficiencias funcionales al restringir el movimiento 6,14, y a menudo se requiere intervención quirúrgica para extirpar las cicatrices y restaurar la movilidad10. El costo del tratamiento con HTS puede ser sustancial, incluidos los gastos de cirugía, tratamientos, fisioterapia o incluso atención a largo plazo 1,10. Solo en los Estados Unidos, el costo anual del tratamiento del HTS supera los $4 mil millones10.
Teniendo en cuenta la omnipresencia de la HTS y las medidas extremas tomadas para abordar sus complicaciones, las terapias convencionales (p. ej., escisión quirúrgica, inyecciones de corticosteroides y terapia con láser) siguen siendo muy variables 1,2,15,16,17. Si bien estos tratamientos pueden ofrecer alivio en algunos casos, pueden ser insuficientes debido a la naturaleza compleja de la patología cicatricial. Factores como las diferencias genéticas entre los individuos y una comprensión incompleta de los mecanismos que impulsan la HTS hacen que las estrategias terapéuticas permanezcan clínicamente insatisfactorias 18,19,20. El futuro de la terapia HTS parece estar en nuevos enfoques innovadores que se dirigen a los impulsores mecanicistas celulares de HTS, como la mecanotransducción11,21, que hemos demostrado ampliamente que impulsa la cicatrización excesiva de cicatrices fibróticas 5,6,7,8,11,21,22,23,24,25. Específicamente, habíamos desarrollado previamente un modelo murino que aumenta la tensión mecánica de la herida para promover un HTS9 similar al humano. Sin embargo, después de casi dos décadas de uso, el modelo ha avanzado significativamente para mejorar la eficacia y la reproducibilidad. Este protocolo permitirá a los investigadores utilizar mejor un modelo de ratón HTS actualizado y optimizado para explorar las poblaciones celulares y los impulsores detrás de la cicatrización excesiva. El objetivo general de este método es proporcionar a los investigadores un protocolo diseñado para producir cicatrices hipertróficas similares a las humanas en ratones.
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Se obtuvo la aprobación del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Arizona para todos los experimentos (número de control: 2021-0828). Este protocolo utiliza ratones machos C57BL/6J de 15 semanas de edad, aunque podría aplicarse a otras edades y cepas 9,26.
1. Creación del dispositivo de carga biomecánico HTS
NOTA: La modificación de los expansores palatinos en el dispositivo HTS puede ocurrir en cualquier momento antes del experimento.
2. Depilación e incisión inicial en el postoperatorio día 0 (POD 0)
NOTA: Limpie y autoclave varios juegos de instrumentos quirúrgicos antes de la cirugía (p. ej., tijeras de disección, bisturí, pinzas Adson, destornillador de agujas). Prepare suturas 5-0 esterilizadas para su uso y tenga a mano un marcador quirúrgico.
3. Colocación del dispositivo de carga biomecánico HTS (POD 4)
NOTA: Limpie y autoclave los dispositivos HTS y varios juegos de instrumentos quirúrgicos antes de la cirugía (p. ej., tijeras de disección, bisturí, pinzas Adson, destornillador de agujas, grapadora de piel, grapas de piel). Prepare las suturas 5-0 esterilizadas para su uso. [Opcional] Si dispone de un extractor de humos de sobremesa, coloque el cono cerca del espacio de trabajo y encienda la succión.
4. Estiramiento inicial del dispositivo de carga biomecánica HTS (POD 5)
NOTA: Limpie y autoclave varios juegos de instrumentos quirúrgicos (por ejemplo, tijeras de disección, bisturí, pinzas Adson, destornillador de agujas) antes de la cirugía. [Opcional] Si dispone de un extractor de humos de sobremesa, coloque el cono cerca del espacio de trabajo y encienda la succión.
5. Estiramiento posterior del dispositivo de carga biomecánica HTS (POD 7, 9, 11, 13, 15, 17)
NOTA: Limpie y autoclave varios juegos de instrumentos quirúrgicos (por ejemplo, tijeras de disección, bisturí, pinzas Adson, destornillador de agujas) antes de la cirugía. [Opcional] Si dispone de un extractor de humos de sobremesa, coloque el cono cerca del espacio de trabajo y encienda la succión.
6. Recolección del tejido HTS (POD 19)
NOTA: La recolección de tejido puede tener lugar en cualquier punto del proceso. Hemos recolectado tejido después de solo 4 días de estiramiento para examinar los primeros puntos de tiempo; sin embargo, el tejido se recolecta de manera más consistente en el POD 19 (2 semanas después de que se inició la cepa). Limpie y autoclave varios juegos de instrumentos quirúrgicos (por ejemplo, tijeras de disección, bisturí, pinzas de Adson) antes de la cirugía. Para obtener fotos de la cicatriz a lo largo del tiempo, el dispositivo se puede quitar antes de cada paso de estiramiento para tomar una foto de la cicatriz antes de volver a aplicar el dispositivo y reiniciar la tensión mecánica. [Opcional] Si dispone de un extractor de humos de sobremesa, coloque el cono cerca del espacio de trabajo y encienda la succión. El extractor de humos de sobremesa puede apagarse cuando ya no se utilice el gas isoflurano.
7. Medición de la anchura media de la cicatriz
NOTA: Esto se logró con el software de análisis de imágenes ImageJ, y la información se registró en una hoja de cálculo.
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Para demostrar claramente el uso efectivo del protocolo HTS e identificar resultados "positivos" exitosos, se estableció el modelo como se muestra en la Figura 3A. En el estudio representativo, hubo dos grupos: No Stretch Control (n = 6) y el grupo Mechanical Stretch HTS (n = 6) donde se indujeron niveles de tensión mecánica similares a los humanos a través de la incisión para generar un HTS, como se ve en la Figura 3B
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El modelo de ratón HTS es un método rentable y altamente reproducible para inducir HTS a través de la mecanotransducción y desarrollar posibles terapias. Si bien existe una curva de aprendizaje inicial para usar el modelo de manera efectiva, el protocolo puede, con la práctica, ser realizado por cualquier investigador sin capacitación quirúrgica. El uso de este modelo permite a los investigadores comprender mejor la formación de HTS y el papel de la mecanotransducción en la cica...
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Los autores no tienen intereses contrapuestos ni otros conflictos asociados con el contenido de este artículo.
Este trabajo fue apoyado por el Centro de Premios del Proyecto Traslacional Interdisciplinario del Centro de Regeneración de Órganos y Tejidos Dentales, Orales y Craneofaciales respaldados por el Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial (U24 DE026914) (G.C.G) y la Beca de Investigación Traslacional de la Fundación de Cirugía Plástica (837107) (K.C.).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 mL PYREX Griffin beaker | Milipore Signma | CLS1000100 | |
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AutoClip System | Fine Surgical Instruments | 12020-00 | |
BD brand isopropyl alcohol swabs | Fisher Scientific | 13-680-63 | |
Buprenorphine SR (0.5 mg/mL) | Buprenex, Indivior Inc. | 12496-0757-1 | |
C57/BL6 females (6–8 weeks old) | The Jackson Laboratory | 000664 | |
Covidien sterile gauze | Fisher Scientific | 2187 | |
Covidien TelfaTM non-adherent pads | Fisher Scientific, Covidien | 1961 | |
Dental surgical ruler | DoWell Dental Products | S1070 | |
Depilatory cream (Nair Hair Remover Lotion) | Church&Dwight, CVS | 339823 | |
Ethanol 70% solution | Fisher Scientific | 64-17-5 | |
Excel | Microsoft Cooperation | Microsoft.com | software program |
ImageJ | ImageJ, Wayne Rasband | imagej.net | software program |
Inhalation anesthesia system | VetEquip | 922130 | |
Iris scissors 4½ in. stainless | McKesson | 43-2-104 | |
Isoflurane, USP | Dechra Veterinary Products | 17033-094-25 | |
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Leone Rapid Palatal Expander- 13 mm | Great Lakes Dental Technologies | 125-004 | The key necessary to expand and cotnract the device will come with this product in the box |
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Needle holder 5 in. with serrated jaws | McKesson | 43-2-842 | |
Prism 9 | GraphPad Holdings, LLC | graphpad.com | software program |
Puralube ophthalmic ointment | Dechra, NDC | 17033-211-38 | |
R studio Desktop | RStudio PBC | rstudio.com | software program |
Surgical skin marker | McKesson | 19-1451_BX | |
Tegaderm, 3 M | VWR | 56222-191 | foam adhesive dressing |
Thermo-peep heating pad | K&H, Amazon | ||
Tissue forceps 4¾ in. stainless 1 x 2 teeth | Mckesson | 43-2-775 | |
Vetbond (3 M) | Saint Paul, MN | 1469SB |
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