Um protocolo para uma ex modelo de cultura da córnea órgão vivo, útil para estudos de cicatrização de feridas é descrita. Este sistema de modelo pode ser usado para avaliar os efeitos de agentes para promover a cicatrização regenerativa ou toxicidade de drogas em ambiente 3D multicelular organizada.
A córnea tem sido amplamente utilizada como um sistema modelo para estudar a cicatrização de feridas. A capacidade de gerar e utilizar células primárias de mamíferos em duas dimensões (2D) e a três dimensões (3D) cultura gerou uma riqueza de informações não só sobre Biologia da córnea, mas também sobre a ferida cura, Miofibroblasto, biologia e cicatrizes em geral . O objetivo do protocolo é um sistema de ensaio para quantificar o desenvolvimento Miofibroblasto, que caracteriza a cicatriz. Vamos demonstrar um órgão corneal cultura ex vivo modelo usando olhos de porco. Neste anterior fotorrefrativa ferida, córneas ainda na globo estão feridas com uma lâmina circular chamada uma trefina. Um plugue de aproximadamente 1/3 da córnea anterior é removido, incluindo o epitélio, a membrana basal e a parte anterior do estroma. Após ferimento, córneas são cortadas do globe, montadas sobre uma base de colagénio/agar e cultivadas por duas semanas, complementado-soro livre médio com estabilizado vitamina C para aumentar a proliferação celular e secreção de matriz extracelular pelos fibroblastos residentes. Ativação de miofibroblastos no estroma anterior é evidente na córnea cicatrizada. Este modelo pode ser usado para o ensaio de fechamento da ferida, o desenvolvimento de miofibroblastos e marcadores fibróticas e para estudos de toxicologia. Além disso, os efeitos de inibidores de pequenas moléculas, bem como a transfeccao siRNA lipídica mediada por knockdown do gene podem ser testados neste sistema.
Cicatrizes na córnea resultantes de infecção, trauma ou lesão podem levar a debilitante opacidades e perda de visão permanente. Assim, há uma necessidade crítica para identificar caminhos que podem ser direcionados para a intervenção terapêutica. Opções atuais do tratamento são limitadas e consistem principalmente de transplantes da córnea, que não são acessíveis aos pacientes em todo o mundo. Cultura de células 3D estudos1,2e ambos humanos (Figura 1) e córneas animais podem ser utilizadas para 2D. Córneas de cadáver humano não são adequadas para transplante podem ser obtidas em bancos de olhos ou bancos de tecidos centralizado (nacional doença pesquisa Interchange (NDRI)), e olhos de animais podem ser obtidos de um matadouro. Células epiteliais da córnea primárias, fibroblastos do estroma e, mais recentemente, as células endoteliais, podem ser isoladas e cultivadas destes tecidos para cicatrização de feridas e toxicologia estuda3,4,5. Além da importância de compreender a base molecular da cegueira doença ocular, a acessibilidade do tecido e a capacidade de cultura primária de células fez a córnea um sistema importante modelo para estudo. A córnea é ideal para testar os efeitos dos agentes em cicatrizes como a córnea normal é transparente e certos tipos de feridas criam opacidades ou cicatrizes fibróticas (revistas em6). Várias em vivo modelos cura de ferida da córnea também tem sido utilizados extensivamente para cicatrizes de estudos1. Menos utilizado tem sido o ex vivo da córnea ferida cura modelo7,,8 é descrever em detalhe aqui. O objetivo desse método é quantificar resultados cicatricial caracterizados por fabricantes fibróticos em um 3D multicelulares corneal ex sistema de modelo vivo.
Epiteliais da córnea, ferindo que não infringe a membrana basal epitelial normalmente fecha dentro de 24-72 h9. Logo após o ferimento, as células na borda do epitélio começam espalhando e migrando para a superfície epitelial livre, para restabelecer a função da barreira epitelial. Esta atividade sequencialmente é seguida pela ativação da proliferação da córnea basocelular primeiro e, numa fase posterior, de células precursoras, localizado na zona exterior estroma para alcançar a recuperação de células epiteliais em massa10,11. Estas feridas cicatrizam muitas vezes sem deixar cicatrizes. No entanto, uma ferida que penetra a membrana basal do estroma geralmente resulta em cicatriz formação1. Após ferimento do estroma da córnea, o estroma é preenchido com células de várias origens, incluindo células do estroma residentes diferenciadas, bem como derivados da medula óssea Fi12,13,14. Cicatrizes fibróticas é caracterizada pela persistência de miofibroblastos em uma cura ferida. Estes myofibroblasts patológicos demonstram maior adesão através da acumulação das integrinas em adesões focais, fibras de estresse de actina (α-SMA) músculo contrátil de α-liso e ativação local da matriz extracelular (ECM)-isolado latente-transformar o fator de crescimento-beta (TGFβ). A diferenciação das células epiteliais-derivado, conhecido como epitélio de transição mesenquimal (EMT), também pode contribuir para a formação de6da cicatriz.
Há um equilíbrio delicado entre a diferenciação celular e apoptose após ferimento. Por causa da violação na membrana do porão, crescimento fatores tais como fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) e TGFβ de lágrimas e o epitélio banham o estroma, induzindo a diferenciação de Miofibroblasto, um loop de autócrina sustentado de ativação TGFβ e o secreção de desorganizada fibrótico ECM15,16. A persistência de miofibroblastos na ferida curada promove haze e cicatrizes na córnea (Figura 2). No entanto, em regeneratively curado ferida embora myofibroblasts desenvolver, eles apoptose e, portanto, estão ausentes ou significativamente reduzida em número no tecido curado (revisto em referência6,10). Assim, a pesquisa em cicatrizes fibróticas centrou pelo menos em parte no direcionamento de moléculas que impedem o desenvolvimento excessivo de Miofibroblasto ou Miofibroblasto persistência17,18. Porque a persistência de Miofibroblasto caracteriza doença cicatriz e fibrótica em todos os tecidos19, a córnea pode ser útil como um sistema modelo para estudar os mecanismos celulares gerais da fibrose.
Em nosso sistema de modelo, a córnea é ferida com uma lâmina cilíndrica chamada uma trefina enquanto ainda na globo. Humano e as córneas de porco podem ser feridas com qualquer um 6 ou 7 mm trefina; para córneas de coelho um trépano de 6mm é preferencial. A córnea de porco é semelhante em tamanho da córnea humana. Porque eles são custo-eficaz e prontamente disponível em grandes números, córneas de porco são rotineiramente utilizadas para cultura de órgãos. Além disso, os anticorpos e siRNAs feita reagir com humanos têm consistentemente cross-reacted com porco7. Após ferimento, córneas são cortadas do globo com o limbo intactas e montado sobre um base de agar/colágeno. As córneas são cultivadas em meios de comunicação isento de soro mais estabilizaram vitamina C para simular a proliferação de fibroblastos e deposição de ECM20. A adição de soro, nem fatores de crescimento são necessários para induzir a formação de Miofibroblasto7. As córneas são rotineiramente fixadas e processadas para histologia após duas semanas de cultura. Para knockdown do gene, ou para testar os efeitos de um agente na cicatrização de feridas, a ferida pode ser tratada com siRNA na ferida depois ferindo7 ou um agente solúvel pode ser adicionado para a mídia, respectivamente,8.
Este protocolo descreve um modelo para o estudo de cicatrização de feridas, em um ambiente 3D estratificado natural. Uso da cultura de órgãos como um intermediário entre a cultura de células e de estudos in vivo reduz significativamente os custos, bem como reduzir os procedimentos em animais vivos. Outros modelos 3D tem sido de grande benefício para o campo, incluindo Self sintetizando o gel de colágeno, feita a partir de fibroblastos da córnea humana primária2 ou estas mesmas células i…
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado pelo NIH-NEI R01 EY024942, pesquisa para evitar cegueira, Upstate Medical Universidade irrestrito fundos de investigação, e Lions distrito 20-Y. microscopia e análise de imagens de cortes de parafina foram realizadas no núcleo microscopia e preparação de lâmina histológica foi realizada no biorepositórios e no núcleo de patologia da faculdade de medicina de Icahn no Monte Sinai.
PBS | Gibco | 10-010-023 | |
Pen Strep | MP Biomedicals | 91670049 | |
Bovine Collagen Solution | Advance Biomatrix | 5005 | |
Pig eyes with lids attached | Pel-freeze, Arkansas | N/A | |
6.0 mm trephine | Katena | K28014 | |
Surgical Blade | Personna | 0.009 | |
Small scissor | Fisher | 895110 | |
Forceps | Fisher | 08953-F | |
Kim Wipes | Kimberly-Clark™ 34120 | 06-666 | |
60 mm cell culture dishes | Falcon | 08-772B | |
Supplemented Serum- Free media (SSFM) | Add all of the following components to DMEM/F-12: ITS, RPMI, Glutathione, L-Glutamine, MEM Non essential amino acids, MEM Sodium Pyruvate, ABAM, Gentamicin, Vitamin C. | ||
DMEM/F-12 | Gibco | 11330 | |
ITS Liquid Media Supplement | Sigma | I3146 | 100X |
RPMI 1640 Vitamins Solution | Sigma | R7256 | 100X |
Glutathione | Sigma | G6013 | Use at 1 µg/mL. Freeze aliquots; do not reuse after thawing. |
1% L-glutamine solution | Gibco | 25030-081 | 100X |
MEM Non-essential amino acids solution | Gibco | 11140 | 100X |
MEM Sodium pyruvate solution | Gibco | 11360 | 1 M Stocks (1000X) and freeze in single use aliquits. Use from freezer each time media is made. |
ABAM | Sigma | A7292 | 100X |
Gentamicin | Sigma | 30-005-CR | 200X |
Vitamin C | Wako | 070-0483 | 2-0-aD Glucopyranosyl-Ascorbic Acid. 1 mM stocks (1000x) |
10% Iodine | Fisher Chemical | SI86-1 | |
Tissue Path Cassettes | Fisher | 22-272416 | |
Normal Goat Serum (NGS) | Jackson Immuno Research | 005-000-121 | We use 3% NGS |
Mounting Media | Thermo Scientific | TA-030-FM | |
Safe Clear | Fisher | 314-629 | |
Ethyl Alcohol | Ultra Pure | 200CSGP | 200 Proof, diluted at 100%, 70%, 50%) |
Sodium citrate | Fisher | BP327 | 10mM, pH 6.4 |
Hematoxylin | EMD Millipore | M10742500 | |
Bluing agent | Ricca Chemical Company | 220-106 | |
1% Triton X-100 | Fisher | 9002-93-1 | Diluted in PBS |
0.1% Tween 20 | Fisher | BP337 | Diluted in PBS |
3% Hydrogen Peroxide | Fisher | H324 | |
DAB Kit | Vector Laboratories | SK-4100 | |
Agar | Fisher | BP1423-500 | Agar solution: prepare 1% agar and 1 mg/mL bovine collagen in DMEM-F12 up to 20 mL |
Parafilm | Bermis | 13-374-12 | |
Moist Chamber | Use any chamber, cover it with wet Wipe Tissue and then put a layer of Parafilm over it. | ||
Lipofectamine 2000 | |||
Qiagen RNAprotect Cell Reagent | Qiagen | 76104 | |
Ambion PureLink RNA Mini Kit | Thermo Scientific | 12183018A | |
Anti-Fibronectin-EDA Antibody | Sigma | F6140 | 1:200 Diluted in 3% normal goat serum |
Anti-alpha smooth muscle actin Antibody | Sigma | A2547 or C6198 (cy3 conjugated) | 1:200 Diluted in 3% normal goat serum |
Permafluor | Thermo Scientific | TA-030-FM | |
DAPI | Invitrogen | P36931 | |
Gt anti -MS IgG (H+L) Secondary Antibody, HRP | Invitrogen | 62-6520 | 1:100 diluted in 3% normal goat serum (for a-SMA, DAB staining) |
Gt anti -MS IgM (H+L) Secondary Antibody, HRP | Thermo Scientific | PA1-85999 | 1:100 diluted in 3% normal goat serum (for FN-EDA, DAB staining) |
Gt anti -MS IgG (H+L) Secondary Antibody, Cy3 | Jackson Immuno Research | 115-165-146 | 1:200 Diluted in 3% normal goat serum (for a-SMA, Fluorescence staining) |
Zeiss Axioplan2 | Zeiss | Microscope | |
SPOT-2 | Diagnostic Instruments, Sterling Heights, Michigan | CCD camera |