A cornerstone of modern biomedical research is the use of mouse models to explore basic pathophysiological mechanisms, evaluate new therapeutic approaches, and make go or no-go decisions to carry new drug candidates forward into clinical trials. Systematic studies evaluating how well murine models mimic human inflammatory diseases are nonexistent. Here, we show that, although acute inflammatory stresses from different etiologies result in highly similar genomic responses in humans, the responses in corresponding mouse models correlate poorly with the human conditions and also, one another. Among genes changed significantly in humans, the murine orthologs are close to random in matching their human counterparts (e.g., R 2 between 0.0 and 0.1). In addition to improvements in the current animal model systems, our study supports higher priority for translational medical research to focus on the more complex human conditions rather than relying on mouse models to study human inflammatory diseases.

Human survival from injury requires an appropriate inflammatory and immune response. We describe the circulating leukocyte transcriptome after severe trauma and burn injury, as well as in healthy subjects receiving low-dose bacterial endotoxin, and show that these severe stresses produce a global reprioritization affecting >80% of the cellular functions and pathways, a truly unexpected “genomic storm.” In severe blunt trauma, the early leukocyte genomic response is consistent with simultaneously increased expression of genes involved in the systemic inflammatory, innate immune, and compensatory antiinflammatory responses, as well as in the suppression of genes involved in adaptive immunity. Furthermore, complications like nosocomial infections and organ failure are not associated with any genomic evidence of a second hit and differ only in the magnitude and duration of this genomic reprioritization. The similarities in gene expression patterns between different injuries reveal an apparently fundamental human response to severe inflammatory stress, with genomic signatures that are surprisingly far more common than different. Based on these transcriptional data, we propose a new paradigm for the human immunological response to severe injury.

The goal of the current study was to investigate the role of exogenous and endogenous hydrogen sulfide (H 2 S) on neovascularization and wound healing in vitro and in vivo. Incubation of endothelial cells (ECs) with H 2 S enhanced their angiogenic potential, evidenced by accelerated cell growth, migration, and capillary morphogenesis on Matrigel. Treatment of chicken chorioallantoic membranes (CAMS) with H 2 S increased vascular length. Exposure of ECs to H 2 S resulted in increased phosphorylation of Akt, ERK, and p38. The K ATP channel blocker glibenclamide or the p38 inhibitor SB203580 abolished H 2 S-induced EC motility. Since glibenclamide inhibited H 2 S-triggered p38 phosphorylation, we propose that K ATP channels lay upstream of p38 in this process. When CAMs were treated with H 2 S biosynthesis inhibitors dl-propylargylglycine or beta-cyano-L-alanine, a reduction in vessel length and branching was observed, indicating that H 2 S serves as an endogenous stimulator of the angiogenic response. Stimulation of ECs with vascular endothelial growth factor (VEGF) increased H 2 S release, while pharmacological inhibition of H 2 S production or K ATP channels or silencing of cystathionine gamma-lyase (CSE) attenuated VEGF signaling and migration of ECs. These results implicate endothelial H 2 S synthesis in the pro-angiogenic action of VEGF. Aortic rings isolated from CSE knockout mice exhibited markedly reduced microvessel formation in response to VEGF when compared to wild-type littermates. Finally, in vivo, topical administration of H 2 S enhanced wound healing in a rat model, while wound healing was delayed in CSE −/− mice. We conclude that endogenous and exogenous H 2 S stimulates EC-related angiogenic properties through a K ATP channel/MAPK pathway.

To improve clinical outcome and to determine new treatment options, we studied the pathophysiologic response postburn in a large prospective, single center, clinical trial.A severe burn injury leads to marked hypermetabolism and catabolism, which are associated with morbidity and mortality. The underlying pathophysiology and the correlations between humoral changes and organ function have not been well delineated.Two hundred forty-two severely burned pediatric patients [>30% total body surface area (TBSA)], who received no anabolic drugs, were enrolled in this study. Demographics, clinical data, serum hormones, serum cytokine expression profile, organ function, hypermetabolism, muscle protein synthesis, incidence of wound infection sepsis, and body composition were obtained throughout acute hospital course.Average age was 8 +/- 0.2 years, and average burn size was 56 +/- 1% TBSA with 43 +/- 1% third-degree TBSA. All patients were markedly hypermetabolic throughout acute hospital stay and had significant muscle protein loss as demonstrated by a negative muscle protein net balance (-0.05% +/- 0.007 nmol/100 mL leg/min) and loss of lean body mass (LBM) (-4.1% +/- 1.9%); P < 0.05. Patients lost 3% +/- 1% of their bone mineral content (BMC) and 2 +/- 1% of their bone mineral density (BMD). Serum proteome analysis demonstrated profound alterations immediately postburn, which remained abnormal throughout acute hospital stay; P < 0.05. Cardiac function was compromised immediately after burn and remained abnormal up to discharge; P < 0.05. Insulin resistance appeared during the first week postburn and persisted until discharge. Patients were hyperinflammatory with marked changes in IL-8, MCP-1, and IL-6, which were associated with 2.5 +/- 0.2 infections and 17% sepsis.In this large prospective clinical trial, we delineated the complexity of the postburn pathophysiologic response and conclude that the postburn response is profound, occurring in a timely manner, with derangements that are greater and more protracted than previously thought.

Main contributors to adverse outcomes in severely burned pediatric patients are profound and complex metabolic changes in response to the initial injury. It is currently unknown how long these conditions persist beyond the acute phase post-injury. The aim of the present study was to examine the persistence of abnormalities of various clinical parameters commonly utilized to assess the degree hypermetabolic and inflammatory alterations in severely burned children for up to three years post-burn to identify patient specific therapeutic needs and interventions.Nine-hundred seventy-seven severely burned pediatric patients with burns over 30% of the total body surface admitted to our institution between 1998 and 2008 were enrolled in this study and compared to a cohort non-burned, non-injured children. Demographics and clinical outcomes, hypermetabolism, body composition, organ function, inflammatory and acute phase responses were determined at admission and subsequent regular intervals for up to 36 months post-burn. Statistical analysis was performed using One-way ANOVA, Student's t-test with Bonferroni correction where appropriate with significance accepted at p<0.05. Resting energy expenditure, body composition, metabolic markers, cardiac and organ function clearly demonstrated that burn caused profound alterations for up to three years post-burn demonstrating marked and prolonged hypermetabolism, p<0.05. Along with increased hypermetabolism, significant elevation of cortisol, catecholamines, cytokines, and acute phase proteins indicate that burn patients are in a hyperinflammatory state for up to three years post-burn p<0.05.Severe burn injury leads to a much more profound and prolonged hypermetabolic and hyperinflammatory response than previously shown. Given the tremendous adverse events associated with the hypermetabolic and hyperinflamamtory responses, we now identified treatment needs for severely burned patients for a much more prolonged time.

Severe thermal injury is characterized by profound morbidity and mortality. Advances in burn and critical care, including early excision and grafting, aggressive resuscitation and advances in antimicrobial therapy have made substantial contributions to decrease morbidity and mortality. Despite these advances, death still occurs. Our aim was to determine the predominant causes of death in burned pediatric patients in order to develop new treatment avenues and future trajectories associated with increased survival. Primary causes of death were reviewed from 144 pediatric autopsy reports. Percentages of patients that died from anoxic brain injuries, sepsis, or multi-organ failure were calculated by comparing to the total number of deaths. Data was stratified by time (from 1989 to 1999, and 1999 to 2009), and gender. Statistical analysis was done by chi-squared, Student's t-test and Kaplan-Meier for survival where applicable. Significance was accepted as P < 0.05. Five-thousand two-hundred-sixty patients were admitted after burn injury from July 1989 to June 2009, and of those, 145 patients died after burn injury. Of these patients, 144 patients had an autopsy. The leading causes of death over 20 years were sepsis (47%), respiratory failure (29%), anoxic brain injury (16%), and shock (8%). From 1989 to 1999, sepsis accounted for 35% of deaths but increased to 54% from 1999 to 2009, with a significant increase in the proportion due to antibiotic resistant organisms (P < 0.05). Sepsis is the leading cause of death after burn injury. Multiple antibiotic resistant bacteria now account for the bulk of deaths due to sepsis. Further improvement in survival may require improved strategies to deal with this problem.

Increased burn size leads to increased mortality of burned patients. Whether mortality is due to inflammation, hypermetabolism or other pathophysiologic contributing factors is not entirely determined. The purpose of the present study was to determine in a large prospective clinical trial whether different burn sizes are associated with differences in inflammation, body composition, protein synthesis, or organ function.Pediatric burned patients were divided into four burn size groups: <40% total body surface area (TBSA) burn, 40-59% TBSA burn, 60-79% TBSA burn, and >80% TBSA burn. Demographic and clinical data, hypermetabolism, the inflammatory response, body composition, the muscle protein net balance, serum and urine hormones and proteins, and cardiac function and changes in liver size were determined.One hundred and eighty-nine pediatric patients of similar age and gender distribution were included in the study (<40% TBSA burn, n = 43; 40-59% TBSA burn, n = 79; 60-79% TBSA burn, n = 46; >80% TBSA burn, n = 21). Patients with larger burns had more operations, a greater incidence of infections and sepsis, and higher mortality rates compared with the other groups (P < 0.05). The percentage predicted resting energy expenditure was highest in the >80% TBSA group, followed by the 60-79% TBSA burn group (P < 0.05). Children with >80% burns lost the most body weight, lean body mass, muscle protein and bone mineral content (P < 0.05). The urine cortisol concentration was highest in the 80-99% and 60-79% TBSA burn groups, associated with significant myocardial depression and increased change in liver size (P < 0.05). The cytokine profile showed distinct differences in expression of IL-8, TNF, IL-6, IL-12p70, monocyte chemoattractant protein-1 and granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (P < 0.05).Morbidity and mortality in burned patients is burn size dependent, starts at a 60% TBSA burn and is due to an increased hypermetabolic and inflammatory reaction, along with impaired cardiac function.

We demonstrate in situ formation of biomaterial and skin tissue sheets for application in vitro, and in murine and porcine wound models.

Objective: Characterizing burn sizes that are associated with an increased risk of mortality and morbidity is critical because it would allow identifying patients who might derive the greatest benefit from individualized, experimental, or innovative therapies. Although scores have been established to predict mortality, few data addressing other outcomes exist. The objective of this study was to determine burn sizes that are associated with increased mortality and morbidity after burn. Design and Patients: Burn patients were prospectively enrolled as part of the multicenter prospective cohort study, Inflammation and the Host Response to Injury Glue Grant, with the following inclusion criteria: 0–99 years old, admission within 96 hours after injury, and more than 20% total body surface area burns requiring at least one surgical intervention. Setting: Six major burn centers in North America. Measurements and Main Results: Burn size cutoff values were determined for mortality, burn wound infection (at least two infections), sepsis (as defined by American Burn Association sepsis criteria), pneumonia, acute respiratory distress syndrome, and multiple organ failure (Denver 2 score > 3) for both children (< 16 yr) and adults (16–65 yr). Five hundred seventy-three patients were enrolled, of which 226 patients were children. Twenty-three patients were older than 65 years and were excluded from the cutoff analysis. In children, the cutoff burn size for mortality, sepsis, infection, and multiple organ failure was approximately 60% total body surface area burned. In adults, the cutoff for these outcomes was lower, at approximately 40% total body surface area burned. Conclusions: In the modern burn care setting, adults with over 40% total body surface area burned and children with over 60% total body surface area burned are at high risk for morbidity and mortality, even in highly specialized centers.

Chronic ER stress occurs when protein misfolding in the ER lumen remains unresolved despite activation of the unfolded protein response. We have shown that traumatic injury such as a severe burn leads to chronic ER stress in vivo leading to systemic inflammation which can last for more than a year. The mechanisms linking chronic ER stress to systemic inflammatory responses is not clear. Here we show that induction of chronic ER stress leads to the release of known and novel damage-associated molecular patterns (DAMPs). The secreted DAMPs are aggregated and markedly protease resistant. ER stress-derived DAMPs activate dendritic cells which are then capable of polarizing naive T cells. Our findings indicate that induction of chronic ER stress may lead to the release of hyperstable DAMPs into the circulation resulting in persistent systemic inflammation and adverse outcomes.