Pathogenesis of an infected burn wound in rats

Original article
УДК 615.076.9
DOI: 10.57034/2618723X-2023-02-03

K.T. Sultanova*,
Candidate of Medical Sciences, Head of the Department of Experimental Pharmacology and Toxicology,
https://orcid.org/0000-0002-9846-8335
K.L. Kryshen,
Candidate of Biological Sciences, Head of the Department of Specific Toxicology and Microbiology,
https://orcid.org/0000-0003-1451-7716
K.E. Borovkova,
Head of Microbiology Laboratory,
https://orcid.org/0000-0003-1571-6549
Ya.A. Gushchin,
Head of the Department of Histology and Pathomorphology,
https://orcid.org/0000-0002-7656-991Х
N.L. Polyuga,
Researcher,
https://orcid.org/0000-0002-8569-0535

Research and manufacturing company “Home оf Pharmacy”,
188663, Russia, Leningrad oblast, Vsevolozhskiy district, Kuzmolovskiy t.s., Zavodskaya st. 3–245.

* Е-mail: [email protected]

Keywords: in vivo studies wound healing Staphylococcus aureus
Acknowledgements

The study was performed without external funding.

For citation:

Sultanova K.T., Kryshen K.L., Borovkova К.E., Gushchin Ya.A. , Polyuga N.L. Pathogenesis of an infected burn wound in rats. Laboratory Animals for Science. 2023; 2. https://doi.org/10.57034/2618723X-2023-02-03

Abstract

Burns are a severe and widespread type of injury and are accompanied by local and systemic complications, leading to disability and death. Infection is a major complication of burn injury because thermal burns can cause disturbances of humoral and cellular immunity, and necrotized tissue ceases to perform its normal barrier function, which leads to the development of infection caused by environmental opportunistic microorganisms and commensals, which limits the ability of the skin to heal. In addition, the scab of a burn wound is a nutrient-rich environment that is easily colonized by microorganisms. Gram-positive bacteria are the first colonizers of the wound bed because they make up the microflora of the skin microbiome. Burn wounds are most commonly associated with Staphylococcus aureus, which is capable of producing virulence factors that slow wound healing. The frequency of thermal injuries and their subsequent infection necessitates the creation of new therapeutic agents as well as the development and adaptation of relevant model systems for preclinical studies. A sufficient number of in vivo models have been developed to study the pathogenesis of burn injuries, as well as to conduct specific studies as part of preclinical studies of potential therapeutic agents. Rats are an adaptable model for reproducing infected burn wounds and evaluating their course. The aim of the study was to evaluate the pathogenesis of infected burns, allowing further use of this model pathology in the study of a wide range of potential antiseptic and anti-burn agents. The study successfully generated a model of infected skin burn in Wistar rats. Creation of burn wounds was carried out by contact method, the inducing damage temperature was 100 °C, Staphylococcus aureus ATCC 25923 was used as an infectious agent. Evaluation of the dynamics of the course of an infected burn wound was carried out according to the results of planimetric, microbiological, cytological and histological studies. The developed model of an infected skin burn in rats is relevant to study the pharmacological activity of antiseptic agents and local anti-burn agents with an antimicrobial component of the mechanism of action.

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interest.

Authors contribution

K.T. Sultanova — analysis of scientific and methodological literature, writing and editing the text of the manuscript, summarizing the results of the study.
K.L. Kryshen — idea, critical revision of the content, editing the text of the manuscript.
K.E. Borovkova — performance a microbiological research.
J.A. Gushchin — performance a histological study.
N.L. Polyuga — performance of the experimental part, selection of biomaterial.

References

  1. Манаков В.Ю. Ожоги. Классификация и лечение ожогов // Современные научные исследования и инновации. 2020. № 11. URL: https://web.snauka.ru/issues/2020/11/93833 (дата обращения: 12.2022).
  2. Щетинин С.А. Анализ частоты и последствий трав­матизма в России // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2–1. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=17871 (дата обращения: 12.2022).
  3. Morgan M., Deuis J.R., Frøsig-Jørgensen M. et al. Burn pain: a systematic and critical review of epidemiology, pathophysiology, and treatment // Pain medicine. 2018. Vol. 19. N. 4. P. 708–734. DOI: 10.1093/pm/pnx228.
  4. Симонян Е.В., Осиков М.В., Агеева А.А. и др. Современные аспекты патофизиологии термической травмы // Современные проблемы науки и образования. 2020. № 3. С. 141–141. [Simonyan E.V., Osikov M.V., Ageeva A.A. et al. Sovremennye aspekty patofiziologii termicheskoj travmy // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2020. N. 3. P. 141–141. (In Russ.)]. DOI: 10.17513/spno.29723.
  5. Ватутин Н.Т., Игнатенко Г.А., Тарадин Г.Г. и др. Поражение сердца при ожоговой болезни (обзор литературы) // Бюллетень сибирской медицины. 2020. Т. 19. № 4. C. 198–206. [Vatutin N.T., Ignatenko G.A., Taradin G.G. et al. Porazhenie serdca pri ozhogovoj bolezni (obzor li­teratury) // Byulleten’ sibirskoj mediciny. 2020. Vol. 19. N. 4. P. 198–206. (In Russ.)].
  6. Саедгалина О.Т., Осиков М.В., Симонян Е.В. Иммунологические аспекты патогенеза термической травмы // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 5. C. 1–9. [Saedgalina O.T., Osikov M.V., Simo­nyan E.V. Immunologicheskie aspekty patogeneza termicheskoj travmy // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2016. N. 5. P. 1–9 (In Russ.)].
  7. Морозов А.М., Сергеев А.Н., Жуков С. В. и др. Профилактика инфекции области хирургического вмешательства // Современные проблемы науки и образования. 2020. № 6. [Morozov A.M., Sergeev A.N., Zhukov S.V. et al. Profilaktika infekcii oblasti hirurgicheskogo vmeshatel’stva // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2020. N. 6. (In Russ.)].
  8. Alves D.R., Booth S.P., Scavone P. et al. Development of a high-throughput ex-vivo burn wound model using porcine skin, and its application to evaluate new approaches to control wound infection // Frontiers in cellular and infection microbiology. 2018. Vol. 8. P. 196. DOI: 10.3389/fcimb.2018.00196.
  9. Воробьева О.Н., Денисенко Л.И., Жилина Н.М. Этиология гнойно-септических процессов у ожоговых больных // Сибирский научный медицинский журнал. 2010. Т. 30. № 6. С. 57–63. [Vorob’eva O. N., Denisenko L.I., ZHilina N. M. Etiologiya gnojno-septicheskih processov u ozhogovyh bol’nyh // Sibirskij nauchnyj medicinskij zhurnal. 2010. Vol. 30. N. 6. P. 57–63. (In Russ.)].
  10. Haisma E.M., de Breij A., Chan H. et al. LL-37‑derived peptides eradicate multidrug-resistant Staphylococcus aureus from thermally wounded human skin equivalents // Antimicrobial agents and chemotherapy. 2014. Vol. 58. N. 8. P. 4411–4419. DOI: 10.1128/AAC.02554-14.
  11. Branski L.K., Al-Mousawi A., Rivero H. et al. Emerging infections in burns // Surgical infections. 2009. Vol. 10. N. 5. P. 389–397. DOI: 10.1089/sur.2009.024.
  12. Maslova E., Eisaiankhongi L., Sjöberg F. et al. Burns and biofilms: Priority pathogens and in vivo models // npj Biofilms and Microbiomes. 2021. Vol. 7. N. 1. P. 1–9. DOI: 10.1038/s41522‑021‑00243‑2.
  13. Thakur K., Sharma G., Singh B. et al. Nano-engineered lipid-polymer hybrid nanoparticles of fusidic acid: an investigative study on dermatokinetics profile and MRSA-infected burn wound model // Drug Delivery and Translational Research. 2019. Vol. 9. N. 4. P. 748–763. DOI: 10.1007/s13346‑019‑00616‑3.
  14. Grada A., Mervis J., Falanga V. Research techniques made simple: animal models of wound healing // Journal of Investigative Dermatology. 2018. Vol. 138. N. 10. P. 2095–2105. e1. DOI: 10.1016/j.jid.2018.08.005.
  15. Lukomskyj A.O., Rao N., Yan L. et al. Stem cell-based tissue engineering for the treatment of burn wounds: a systematic review of preclinical studies // Stem Cell Reviews and Reports. 2022. P. 1–30. DOI: 10.1007/s12015‑022‑10341‑z.
  16. Masson-Meyers D.S., Andrade T.A., Caetano G.F. et al. Experimental models and methods for cutaneous wound healing assessment // International journal of experimental pathology. 2020. Vol. 101. N. 1–2. P. 21–37. DOI: 10.1111/iep.12346.
  17. Макарова М.Н., Матичин А.А., Матичина А.А. и др. Принципы выбора животных для научных исследований. Сообщение 1. Выбор модельных организмов на основании филогенетических связей // Лабораторные животные для научных исследований. 2022. № 2. [Makarova M.N., Matichin A.A., Matichina A.A. et al. Principy vybora zhivotnyh dlya nauchnyh issledovanij. Soobshchenie 1. Vybor model’nyh organizmov na osnovanii filogeneticheskih svyazej // Laboratornye zhivotnye dlya nauchnyh issledovanij. 2022. N. 2. (In Russ.)].
  18. Lunney J.K., Van Goor A., Walker K.E. et al. Importance of the pig as a human biomedical model // Science translational medicine. 2021. Vol. 13. N. 621. P. eabd5758. DOI: 10.1126/scitranslmed.abd5758.
  19. Гущин Я.А., Ковалева М.А. Сравнительная морфология кожи человека и лабораторных животных (крат­кое сообщение) // Лабораторные животные для научных исследований. 2019. № 2. С. 6. [Gushchin YA.A., Kovaleva M.A. Sravnitel’naya morfologiya kozhi cheloveka i laboratornyh zhivotnyh (kratkoe soobshchenie) // La­boratornye zhivotnye dlya nauchnyh issledovanij. 2019. N. 2. P. 6. (In Russ.)].
  20. Мирошников М.В., Макарова М.Н. Вариабельность биохимических показателей крови и установление референсных интервалов в доклинических исследованиях. Сообщение 4: мыши // Лабораторные животные для научных исследований. 2021. № 3. [Miroshnikov M.V., Makarova M.N. Variabel’nost’ biohimicheskih pokazatelej krovi i ustanovlenie referensnyh intervalov v doklinicheskih issledovaniyah. Soobshchenie 4: myshi // Laboratornye zhivotnye dlya nauchnyh issledovanij. 2021. N. 3. (In Russ.)].
  21. Zomer H.D., Trentin A.G. Skin wound healing in humans and mice: challenges in translational research // Journal of dermatological science. 2018. Vol. 90. N. 1. P. 3–12. DOI: 10.1016/j.jdermsci.2017.12.009.
  22. Cancio L.C. Topical antimicrobial agents for burn wound care: history and current status // Surgical Infections. 2021. Vol. 22. N. 1. P. 3–11. DOI: 10.1089/sur.2020.368.
  23. Rahimzadeh G., Gill P., Saeedi M. et al. Evaluation of bacteriophage products against burn wound Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) infections // Wound Medicine. 2020. Vol. 28. P. 100182.
  24. Добрейкин Е.А. Экспериментальное обоснование способа моделирования инфицированной ожоговой раны кожи у лабораторных животных // Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9. № 2. [Dobrejkin E.A. Eksperimental’noe obosnovanie sposoba modelirovaniya inficirovannoj ozhogovoj rany kozhi u la­boratornyh zhivotnyh // Saratovskij nauchno-medicinskij zhurnal. 2013. Vol. 9. N. 2. (In Russ.)].
  25. Пахомова А.Е., Пахомова Ю.В., Пахомова Е.Е. Новый способ экспериментального моделирования термических ожогов кожи у лабораторных животных, отвечающий принципам Good Laboratory Practice (надлежащей лабораторной практики) // Journal of Siberian Medical Sciences. 2015. № 3. [Pahomova A.E., Pahomova YU.V., Pahomova E.E. Novyj sposob eksperimental’nogo modelirovaniya termicheskih ozhogov kozhi u laboratornyh zhivotnyh, otvechayushchij principam Good Laboratory Practice (nadlezhashchej laboratornoj praktiki) // Journal of Siberian Medical Sciences. 2015. N. 3. (In Russ.)].
  26. Дуданов И.П., Виноградов В.В., Криштоп В.В. и др. Сравнительная характеристика ранозаживляющего эффекта ксерогеля на основе нейтрального гидрозоля диоксида титана для терапии ожоговых ран // Research’n Practical Medicine Journal. 2021. Т. 8. № 1. [Dudanov I.P., Vinogradov V.V., Krishtop V.V. et al. Sravnitel’naya harakteristika ranozazhivlyayushchego effekta kserogelya na osnove nejtral’nogo gidrozolya dioksida titana dlya terapii ozhogovyh ran // Research’n Practical Medicine Journal. 2021. Vol. 8. N. 1. (In Russ.)].
  27. Маскин С.С., Павлов А.В., Иголкина Л.А. и др. Экспериментальное моделирование гнойного процесса в мягких тканях: сравнение методов инфицированной раны и подкожного // Международный журнал экспериментального образования. 2017. № 4–2. С. 165–167. [Maskin S.S., Pavlov A.V., Igolkina L.A. et al. Eksperimental’noe modelirovanie gnojnogo processa v myagkih tkanyah: sravnenie metodov inficirovannoj rany i podkozhnogo // Mezhdunarodnyj zhurnal eksperimental’nogo obrazovaniya. 2017. N. 4–2. P. 165–167. (In Russ.)].
  28. Камаев М.Ф. Инфицированная рана и ее лечение // Москва: Медицина. 1970. Т. 158. [Kamaev M.F. Inficirovannaya rana i ee lechenie // Moskva: Medicina. 1970. Vol. 158. (In Russ.)].
  29. Zheng W., Yu A. EZH2‑mediated suppression of lncRNA-LET promotes cell apoptosis and inhibits the proliferation of post-burn skin fibroblasts // International journal of molecular medicine. 2018. Vol. 41. N. 4. P. 1949–1957. DOI: 10.3892/ijmm.2018.3425.
  30. Egberts G., Vermolen F., van Zuijlen P. Sensitivity and feasibility of a one-dimensional morphoelastic model for post-burn contraction // Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. 2021. Vol. 20. N. 6. P. 2147–2167. DOI: 10.1007/s10237‑021‑01499‑5.
  31. Rani M., Schwacha M.G. The composition of T-cell subsets are altered in the burn wound early after injury // PLoS One. 2017. Vol. 12. N. 6. DOI: 10.1371/journal.pone.0179015.
  32. Lin F., Nguyen C.M. C., Wang S.J. et al. Effective neutrophil chemotaxis is strongly influenced by mean IL-8 concentration // Biochemical and biophysical research communications. 2004. Vol. 319. N. 2. P. 576–581. DOI: 10.1016/j.bbrc.2004.05.029.
  33. Futosi K., Fodor S., Mócsai A. Reprint of Neutrophil cell surface receptors and their intracellular signal transduction pathways // International immunopharmacology. 2013. Vol. 17. N. 4. P. 1185–1197. DOI: 10.1016/j.intimp.2013.11.010.
  34. Rodero M.P., Legrand J.M., Bou-Gharios G. et al. Wound-associated macrophages control collagen 1α2 transcription during the early stages of skin wound hea­ling // Experimental dermatology. 2013. Vol. 22. N. 2. P. 143–145. DOI: 10.1016/j.intimp.2013.11.010.
  35. Xiu F., Jeschke M.G. Perturbed mononuclear phagocyte system in severely burned and septic patients // Shock (Augusta, Ga.). 2013. Vol. 40. N. 2. P. 81. DOI: 10.1097/SHK.0b013e318299f774.
  36. Lenselink E.A. Role of fibronectin in normal wound hea­ling // International wound journal. 2015. Vol. 12. N. 3. P. 313–316. DOI: 10.1111/iwj.12109.
  37. Čoma M., Fröhlichová L., Urban L. et al. Molecular chan­ges underlying hypertrophic scarring following burns involve specific deregulations at all wound healing stages (Inflammation, proliferation and maturation) // International Journal of Molecular Sciences. 2021. Vol. 22. N. 2. P. 897. DOI: 10.3390/ijms22020897.
  38. Honnegowda T.M. Kumar P. Udupa E.G. P. et al. Role of angiogenesis and angiogenic factors in acute and chronic wound healing // Plastic and Aesthetic Research. 2015. Vol. 2. P. 243–249. DOI: 10.4103/2347-9264.165438.
Received: 2022-12-19
Reviewed: 2023-02-24
Accepted for publication: 2023-04-17

You may be interested

NPO "Home of Pharmacy"

188663, Russia, Leningradskaya oblast', Vsevolozhskij rajon, g.p. Kuz'molovskij, Zavodskaya ulica, 3-245

© 2020 ООО «ИД «Русский врач»