Este protocolo se concentra em danificar a superfície ocular do zebrafish através da abrasão para avaliar o subsequente fechamento da ferida no nível celular. Esta abordagem explora uma rebarba ocular para remover parcialmente o epitélio corneo e usa microscopia eletrônica de varredura para rastrear mudanças na morfologia celular durante o fechamento da ferida.
Como a superfície transparente do olho, a córnea é fundamental para uma visão clara. Devido à sua localização, este tecido é propenso a insultos ambientais. De fato, as lesões oculares mais encontradas clinicamente são aquelas para a córnea. Embora a cura de feridas na córnea tenha sido extensivamente estudada em pequenos mamíferos (ou seja, ratos, ratos e coelhos), estudos de fisiologia da córnea negligenciaram outras espécies, incluindo zebrafish, apesar do zebrafish ser um modelo clássico de pesquisa.
Este relatório descreve um método de realização de uma abrasão córnea em zebrafish. A ferida é realizada in vivo em peixes anestesiados usando uma rebarba ocular. Este método permite uma ferida epitelial reprodutível, deixando o resto do olho intacto. Após a abrasão, o fechamento da ferida é monitorado ao longo de 3 h, após o qual a ferida é reeptelializada. Usando microscopia eletrônica de varredura, seguida de processamento de imagem, a forma das células epiteliais e as saliências apical podem ser investigadas para estudar as várias etapas durante o fechamento da ferida epitelial da córnea.
As características do modelo de zebrafish permitem o estudo da fisiologia do tecido epitelial e do comportamento coletivo das células epiteliais quando o tecido é desafiado. Além disso, o uso de um modelo privado da influência do filme lacrimal pode produzir novas respostas sobre a resposta córnea ao estresse. Por fim, este modelo também permite a delineação dos eventos celulares e moleculares envolvidos em qualquer tecido epitelial submetido a uma ferida física. Este método pode ser aplicado à avaliação da eficácia da droga em testes pré-clínicos.
Como a maioria da epitélio está em contato com o ambiente externo, elas são propensas a lesões físicas, tornando-as adequadas para o estudo dos processos de cicatrização de feridas. Entre os tecidos bem estudados, a córnea é um modelo extremamente útil na investigação dos aspectos celulares e moleculares da cicatrização de feridas. Como uma superfície externa transparente, fornece proteção física ao olho e é o primeiro elemento a focar a luz na retina. Embora a estrutura e a composição celular da retina diferem entre as espécies1, esses elementos da córnea são geralmente semelhantes em todos os olhos do tipo câmera, independentemente das espécies.
A córnea é composta por três camadas principais2. A primeira e mais externa camada é o epitélio, que é constantemente renovado para garantir sua transparência. A segunda camada é o estroma, que contém células dispersas, chamadas queratócitos, dentro de uma espessa camada de fibras de colágeno estritamente organizadas. A terceira e mais interna camada é o endotélio, que permite a difusão de nutrientes e líquidos da câmara anterior para as camadas externas. As células epiteliais e estromal interagem através de fatores de crescimento e citocinas3. Esta interação é destacada pela rápida apoptose e posterior proliferação de ceratocitos após lesão epitelial 4,5. No caso de uma ferida mais profunda, como uma punção, os ceratocitos participam ativamente do processo de cura6.
Estando em contato com o ambiente externo, lesões físicas da córnea são comuns. Muitos deles são causados por pequenos objetos estranhos7, como areia ou poeira. O reflexo da esfregação dos olhos pode levar a extensas escoriações epiteliais e remodelação corneal8. De acordo com o tamanho e a profundidade da ferida, essas lesões físicas são dolorosas e levam vários dias para curar9. As características ideais de cicatrização da ferida de um modelo facilitam a compreensão dos aspectos celulares e moleculares do fechamento da ferida. Além disso, tais modelos também se mostraram úteis para testar novas moléculas com potencial para acelerar a cura da córnea, como demonstrado anteriormente10,11.
O protocolo descrito aqui visa usar o zebrafish como um modelo relevante para estudar lesões físicas na córnea. Este modelo é altamente conveniente para estudos de triagem farmacológica, pois permite que as moléculas sejam adicionadas diretamente à água do tanque e, portanto, entre em contato com uma córnea curativa. Os detalhes aqui fornecidos ajudarão os cientistas a realizar seus estudos sobre o modelo de zebrafish. A lesão in vivo é realizada com uma rebarba ocular embotada. O impacto nas células epiteliais adjacentes ou à distância dela pode ser analisado removendo especificamente o epitélio córnea central. Nos últimos anos, inúmeros relatos focaram nesse método na córnea de roedores 12,13,14,15,16,17; no entanto, até o momento, apenas um único relatório aplicou este método ao zebrafish18.
Devido à sua simplicidade, a ferida física é útil para delinear o papel das células epiteliais no fechamento da ferida. Outro modelo bem estabelecido de lesão corneia é a queima química, especialmente a queimadura deálcali 19,20,21. No entanto, tal abordagem danifica indiretamente toda a superfície ocular, incluindo a córnea periférica e o estroma córnea19. De fato, queimaduras alcalinas potencialmente induzem úlceras corneais, perfurações, opificação epitelial e neovascularização rápida22, e o resultado incontrolável de queimaduras alcalinas desqualificadas que se aproximam de estudos gerais de cicatrização de feridas. Inúmeros outros métodos também são usados para investigar a cicatrização de feridas córneas de acordo com o foco particular do estudo em questão (por exemplo, debridamento epitelial completo23, a combinação de lesão química e mecânica para ferida de espessura parcial24, ablação a laser excimer para feridas que se estendem ao estroma25). O uso de uma rebarba ocular restringe o ponto focal à resposta epitelial à ferida e fornece uma ferida altamente reprodutível.
Como em cada método de infligência de feridas, o uso de uma rebarba ocular tem vantagens e desvantagens. A principal desvantagem é que a resposta sendo principalmente epitelial, não reflete perfeitamente as abrasões vistas no cenário clínico. No entanto, este método tem inúmeras vantagens, incluindo a facilidade com que pode ser configurado e realizado, sua precisão, sua reprodutibilidade e o fato de não ser invasivo, tornando-o um método bem tolerado pelos animais.
Lesões físicas da córnea são a causa mais comum de visitas de pacientes oftalmológicos ao hospital. Por isso, é importante estabelecer modelos relevantes para o estudo de diferentes aspectos da fisiopatologia da córnea. Até agora, o rato é o modelo mais usado para o estudo da cicatrização de feridas córneas. No entanto, adicionar colírios nos olhos murinos feridos para validar o impacto de drogas específicas na cicatrização de feridas córneas pode ser difícil. A este respeito, o modelo de zebrafish é p…
The authors have nothing to disclose.
Os autores agradecem a Pertti Panula pelo acesso à unidade de Zebrafish e Henri Koivula pela orientação e ajuda nos experimentos com zebrafish. Esta pesquisa foi apoiada pela Academia da Finlândia, pela Fundação Jane e Aatos Erkko, pela Fundação Cultural Finlandesa e pelo Programa ATIP-Avenir. A imagem foi realizada na unidade de Microscopia eletrônica e na Unidade de Microscopia Leve, Instituto de Biotecnologia, com apoio da HiLIFE e Biocenter Finlândia.
0.1M Na-PO4 (sodium phosphate buffer), pH 7.4 | in-house | Solution is prepared from 1M sodium phosphate buffer (1M Na2HPO4 adjusted to pH 7.4 with 1M NaH2PO4). | |
0.2M Na-PO4 (sodium phosphate buffer), pH 7.4 | in-house | Solution is prepared from 1M sodium phosphate buffer (1M Na2HPO4 adjusted to pH 7.4 with 1M NaH2PO4). | |
0.5mm burr tips | Alger Equipment Company | BU-5S | |
1M Tris, pH 8.8 | in-house | ||
adhesive tabs | Agar Scientific | G3347N | |
Algerbrush burr, Complete instrument | Alger Equipment Company | BR2-5 | |
Cotton swaps | Heinz Herenz Hamburg | 1030128 | |
Dissecting plate | in-house | ||
Dissecting tools | Fine Science Tools | ||
double-distilled water | in-house | ||
Eppedorf tubes, 2ml | any provider | ||
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt | Sigma | A5040 | Caution: causes irritation. |
Glutaraldehyde, 50% aqueous solution, grade I | Sigma | G7651 | Caution: toxic. |
Lidocaine hydrochloride | Sigma | L5647 | Caution: toxic. |
mounts | Agar Scientific | G301P | |
Petri dish | Thermo Scientific | 101VR20 | |
pH indicator strips | Macherey-Nagel | 92110 | |
Plastic spoons | any provider | ||
Plastic tubes, 15 ml | Greiner Bio-One | 188271 | |
Plastic tubes, 50 ml | Greiner Bio-One | 227261 | |
Scanning electron microscope | FEI | Quanta 250 FEG | |
Soft sponge | any provider | ||
Sputter coater | Quorum Technologies | GQ150TS | |
Stereomicroscope | Leica |