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Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
이 프로토콜은 인간과 같은 흉터를 시뮬레이션하기 위해 기계 전달 신호를 증가시키는 비대성 흉터 쥐 모델을 설정하는 방법을 설명합니다. 이 방법은 마우스의 치유 절개 부위를 가로질러 기계적 장력을 증가시키고 특수 장치를 사용하여 상세한 조직학 및 생물 정보학 분석을 위해 재현 가능한 과도한 흉터 조직을 만드는 것을 포함합니다.
비대성 흉터(HTS)는 과도한 흉터 조직 형성을 초래하는 비정상적인 상처 치유 과정입니다. 지난 10년 동안 우리는 기계적 자극을 세포 반응으로 전환하는 메카노트랜스덕션(mechanotransduction)이 과도한 섬유성 흉터 치유를 유도한다는 것을 입증했습니다. 인간과 유사한 비대성 흉터를 평가하기 위한 마우스 모델은 다양한 치료법과 흉터를 줄이고 치유를 개선하는 능력을 검사하는 데 필수적인 도구가 될 것입니다. 특히, 우리 연구실은 인간과 같은 HTS를 촉진하기 위해 기계적 변형을 증가시키는 쥐 상처 모델을 개발했습니다. 이 프로토콜은 변형된 13mm 구개 확장기로 만든 생체 역학적 로딩 장치를 사용하며, 팔은 절개 부위의 양쪽에 배치되고 점진적으로 분산되어 치유 중에 상처 부위에 지속적인 장력을 가합니다. 거의 20년 동안 사용되어 온 이 모델은 효능과 재현성을 개선하기 위해 크게 발전했습니다. 쥐 HTS 모델을 사용하면 유의한 피부 섬유성 흉터를 인간의 비후성 흉터와 조직학적으로 비교할 수 있도록 유도할 수 있습니다. 이 쥐 모델은 HTS 및 이물질 반응과 같은 기계 전달 관련 조건의 치료와 관련된 생물학적 제제를 개발할 수 있는 환경을 제공합니다.
상처 치유는 신체가 손상된 조직을 복구하고 피부 장벽을 재건하려고 시도하는 과정으로, 지혈, 염증, 증식 및 재형성 과정이 불규칙한 경우 비정형 치유를 초래할 수 있습니다1. 비대성 흉터(HTS)는 불규칙한 상처 치유의 한 예로, 손상 부위에 세포외 기질과 결합 조직이 과도하게 침착되어 흉터 조직 영역이 확대되는 것을 특징으로 합니다 1,2,3. 관절 주변이나 얼굴과 같이 반복적인 기계적 스트레칭 자극을 받는 신체 부위는 HTS와 섬유증이 발생하기 쉽습니다 4,5,6,7,8,9,10. 본 연구진과 다른 연구진은 상처 부위를 기계적으로 늘리는 것이 기계적 자극을 세포 반응으로 전환하는 기계전달 경로(mechanotransduction pathways)의 활성화를 통해 HTS 형성을 촉진한다는 것을 보여주었다 9,11.
HTS는 복잡한 생물학적 과정을 포함할 뿐만 아니라 영향을 받는 사람들에게 심각한 사회적, 의학적, 경제적 문제를 수반합니다. 영향을 받은 개인은 자존감과 우울증으로 어려움을 겪을 수 있으며, 특히 흉터가 얼굴과 손과 같은 눈에 보이는 부위에 있을 때 1,9,10,12. 과학적 문헌고찰 논문에 따르면 HTS의 유병률은 미국에서 32%에서 72% 사이로 다양하다고 합니다10,13. 특히 안면 부위에 심각한 화상을 입은 경우, 이러한 미적 우려의 심각성은 외모 개선을 위한 안면 이식 사례가 증가함에 따라 강조된다10. 이러한 흉터는 움직임을 제한하여 기능 장애를 유발할 수 있으며6,14 흉터를 절제하고 이동성을 회복하기 위해 종종 외과적 개입이 필요합니다10. HTS 치료 비용은 수술, 치료, 물리 치료 또는 장기 치료 비용을 포함하여 상당할 수 있습니다 1,10. 미국에서만 HTS 치료에 드는 연간 비용이 40억 달러를 초과합니다10.
HTS의 만연과 합병증을 해결하기 위해 취해진 극단적인 조치를 고려할 때, 기존 치료법(예: 외과적 절제술, 코르티코스테로이드 주사, 레이저 요법)은 여전히 매우 다양하다1,2,15,16,17. 이러한 치료법은 경우에 따라 완화를 제공할 수 있지만 흉터 병리학의 복잡한 특성으로 인해 충분하지 않을 수 있습니다. 개인들 간의 유전적 차이와 HTS를 유발하는 메커니즘에 대한 불완전한 이해와 같은 요인으로 인해 치료 전략은 임상적으로 불만족스러운 상태로 남아 있다 18,19,20. HTS 치료의 미래는 과도한 섬유성 흉터 치유를 유도하는 것으로 광범위하게 입증된 메카노트랜스덕션11,21과 같은 HTS의 세포 기계론적 동인을 표적으로 하는 새롭고 혁신적인 접근법에 있는 것으로 보입니다 5,6,7,8,11,21,22,23,24,25. 구체적으로, 우리는 이전에 인간과 같은 HTS9를 촉진하기 위해 상처 기계적 변형을 증가시키는 쥐 모델을 개발했습니다. 그러나 거의 20년 동안 사용된 후 이 모델은 효능과 재현성을 개선하기 위해 크게 발전했습니다. 이 프로토콜을 통해 연구자들은 업데이트되고 최적화된 HTS 마우스 모델을 최대한 활용하여 과도한 흉터 뒤에 있는 세포 집단과 동인을 탐색할 수 있습니다. 이 방법의 전반적인 목표는 쥐에서 인간과 유사한 비대성 흉터를 생성하도록 설계된 프로토콜을 연구자에게 제공하는 것입니다.
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모든 실험에 대해 University of Arizona Institutional Animal Care and Use Committee(IACUC)의 승인을 받았습니다(통제 번호: 2021-0828). 이 프로토콜은 15주 된 C57BL/6J 수컷 마우스를 사용하지만 다른 연령 및 균주에 적용할 수 있습니다 9,26.
1. HTS 생체 역학적 로딩 장치 생성
참고: 구개 확장기를 HTS 장치로 수정하는 것은 실험 전 어느 시점에서나 발생할 수 있습니다.
2. 수술 후 0일차 제모 및 초기 절개(POD 0)
알림: 수술 전에 여러 세트의 수술 도구(예: 해부 가위, 메스, Adson 겸자, 바늘 드라이버)를 세척하고 오토클레이브합니다. 사용할 수 있도록 멸균된 5-0 봉합사를 준비하고 수술용 마커를 준비합니다.
3. HTS 생체역학적 로딩 장치(POD 4) 배치
알림: 수술 전에 HTS 장치와 여러 세트의 수술 도구(예: 해부 가위, 메스, Adson 집게, 바늘 드라이버, 피부 스테이플러, 피부 스테이플)를 세척하고 고압증기멸균하십시오. 멸균된 5-0 봉합사를 사용할 수 있도록 준비합니다. [선택 사항] 탁상용 흄 추출기를 사용할 수 있는 경우 원뿔을 작업 공간 근처에 놓고 흡입을 켭니다.
4. HTS 생체역학적 로딩 장치(POD 5)의 초기 신장
알림: 수술 전에 여러 세트의 수술 도구(예: 해부 가위, 메스, Adson 집게, 바늘 드라이버)를 세척하고 오토클레이브합니다. [선택 사항] 탁상용 흄 추출기를 사용할 수 있는 경우 원뿔을 작업 공간 근처에 놓고 흡입을 켭니다.
5. HTS 생체 역학적 로딩 장치의 후속 확장(POD 7, 9, 11, 13, 15, 17)
알림: 수술 전에 여러 세트의 수술 도구(예: 해부 가위, 메스, Adson 집게, 바늘 드라이버)를 세척하고 오토클레이브합니다. [선택 사항] 탁상용 흄 추출기를 사용할 수 있는 경우 원뿔을 작업 공간 근처에 놓고 흡입을 켭니다.
6. HTS 조직 채취(POD 19)
참고: 조직 채취는 공정의 어느 지점에서나 이루어질 수 있습니다. 우리는 초기 시점을 검사하기 위해 단 4일 동안 스트레칭 후 조직을 채취했습니다. 그러나 조직은 POD 19(균주 시작 후 2주 후)에서 가장 일관되게 수확됩니다. 수술 전에 여러 세트의 수술 도구(예: 해부 가위, 메스, Adson 겸자)를 세척하고 오토클레이브합니다. 시간 경과에 따른 흉터 사진을 얻으려면 각 스트레칭 단계 전에 장치를 제거하여 장치를 다시 적용하고 기계적 변형을 다시 시작하기 전에 흉터 사진을 찍을 수 있습니다. [선택 사항] 탁상용 흄 추출기를 사용할 수 있는 경우 원뿔을 작업 공간 근처에 놓고 흡입을 켭니다. 벤치탑 흄 추출기는 이소플루란 가스가 더 이상 사용되지 않을 때 꺼질 수 있습니다.
7. 평균 흉터 너비 측정
참고: 이 작업은 이미지 분석 소프트웨어 ImageJ를 사용하여 수행되었으며 정보는 스프레드시트에 기록되었습니다.
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HTS 프로토콜의 효과적인 사용을 명확하게 입증하고 성공적인 "긍정적인" 결과를 식별하기 위해 그림 3A와 같이 모델을 설정했습니다. 대표적인 연구에서는 두 그룹이 있었습니다: No Stretch Control(n = 6) 및 Mechanical Stretch HTS 그룹(n = 6)은 절개 부위를 가로질러 인간과 유사한 수준의 기계적 변형을 유도하여 그림 3B,C에?...
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HTS 마우스 모델은 메카노트랜스덕션(mechanotransduction)을 통해 HTS를 유도하고 잠재적인 치료법을 개발하기 위한 비용 효율적이고 재현성이 높은 방법입니다. 모델을 효과적으로 사용하기 위한 초기 학습 곡선이 있지만, 프로토콜은 수술 훈련 없이 모든 연구자가 연습을 통해 수행할 수 있습니다. 이 모델을 사용하면 연구자들이 HTS 형성과 상처 치유에서 기계 전달의 역할을...
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저자는 이 기사의 내용과 관련된 상충되는 이해관계나 기타 충돌이 없습니다.
이 연구는 National Institute of Dental and Craniofacial Research(U24 DE026914)(GCG)와 Plastic Surgery Foundation Translational Research Grant(837107)(K.C.)가 후원하는 Center for Dental, Oral, and Craniofacial Tissue and Organ Regeneration Interdisciplinary Translational Project Awards의 지원을 받았습니다.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 mL PYREX Griffin beaker | Milipore Signma | CLS1000100 | |
Aesculap Exacta mini trimmer | Aesculap | ||
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 | |
Kaka industrial MUB-1 | Kaka Industrial | 173207 | Only necessary if there is no maker space or fabrication shop available |
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 |
Liquid repellent drape 75 x 90 cm with adhesive hole 6 x 9 cm | Omnia S.p.A. | 12.T4362 | |
Medequip Depot Silk Black Braided Sutr 6-0 Rx | Medequip Depot D707N, Fisher Scientific | NCO835822 | |
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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