Выделение, культивирование и характеристика первичных шванновских клеток, кератиноцитов и фибробластов из крайней плоти человека
Summary
Изучение заживления ран, связанных с повреждением опорно-двигательного аппарата, часто требует оценки взаимодействий in vitro между шванновскими клетками (SCs), кератиноцитами и фибробластами. Этот протокол описывает выделение, культивирование и характеристику этих первичных клеток из крайней плоти человека.
Abstract
Этот протокол описывает методы изоляции, условия культивирования и характеристику первичных клеток человека с высоким выходом и жизнеспособностью с использованием быстрой ферментативной диссоциации кожи. Первичные кератиноциты, фибробласты и шванновские клетки собираются из крайней плоти новорожденного человека, которая доступна в соответствии со стандартными процедурами ухода. Удаленная кожа дезинфицируется, а подкожный жир и мышцы удаляются с помощью скальпеля. Метод состоит из ферментативного и механического разделения эпидермального и дермального слоев с последующим дополнительным ферментативным перевариванием для получения одноклеточных суспензий из каждого из этих слоев кожи. Наконец, одиночные клетки выращиваются в соответствующих средах клеточных культур в соответствии со стандартными протоколами клеточной культуры для поддержания роста и жизнеспособности в течение нескольких недель. Вместе этот простой протокол позволяет выделять, культивировать и характеризовать все три типа клеток из одного куска кожи для оценки in vitro моделей кожи-нерва. Кроме того, эти клетки могут быть использованы вместе в кокультурах для оценки их воздействия друг на друга и их реакций на травму in vitro в виде царапин, выполненных роботизированно в культуре, связанной с заживлением ран.
Introduction
Первичные клетки, полученные из живой ткани и культивируемые в условиях in vitro , очень похожи на физиологическое состояние1, что делает их идеальной моделью для исследования физиологических и патофизиологических процессов. Кожа содержит несколько типов клеток, включая кератиноциты, фибробласты, себоциты, меланоциты и шванновские клетки (SCs), которые могут быть выделены и культивированы для экспериментов in vitro . Методы выделения и культивирования кератиноцитов, фибробластов и СК из одного куска кожи не были описаны. Цель этого протокола двояка: 1) установить надежный и воспроизводимый метод выделения и культивирования кожных СК и 2) использовать эффективный, надежный метод выделения кератиноцитов, фибробластов и СК из одной крайней плоти человека.
В настоящее время существуют установленные протоколы выделения кератиноцитов кожи 2,3,4 и фибробластов 5,6. Эти исследования описывают выделение кератиноцитов, фибробластов или обоих из кожи, но ни в одном протоколе не рассматривается, как создавать культуры первичных СК из кожи человека. Недавние исследования показывают, что нейронные СК модулируют клеточные процессы кератиноцитов и фибробластов и регулируют нормальные физиологические функции кожи7. Таким образом, SCs имеют решающее значение для гомеостаза кожи и вносят существенный вклад в физиологию регулирования, которая влияет на поведение соседних типов клеток кожи, присутствующих8. Поэтому протокол, который позволяет изолировать каждый из этих типов клеток, идеально подходит для экспериментов in vitro, включающих клеточную связь или перекрестные разговоры между типами клеток.
Этот протокол описывает создание отдельных клеточных культур первичных клеток из одного куска кожи. Этот протокол особенно полезен, когда количество доступной ткани ограничено. Кроме того, выделение всех трех типов клеток от одного донора позволяет проводить надежные сравнения между типами клеток или экспериментами с кокультурой, одновременно смягчая влияние генетики во время желаемого эксперимента.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол описывает метод выделения трех различных клеточных популяций из одного куска крайней плоти, а именно кератиноцитов, фибробластов и шванновских клеток. Существует несколько протоколов изоляции для выделения кератиноцитов и фибробластов 2,3,5,6<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы поблагодарить д-ра Фадию Камаль и д-ра Рейада Эльбарбари за то, что они позволили нам использовать лабораторные инструменты и техническую поддержку. Эта работа была поддержана грантами NIH (K08 AR060164-01A) и DOD (W81XWH-16-1-0725) J. C. E. в дополнение к институциональной поддержке со стороны Медицинского центра Херши Университета штата Пенсильвания.
Materials
| 0.22 µM sterile filters (Millex-GP Syringe Filter Unit,polyethersulfone) | MilliporeSigma | SLGPR33RS | |
| 70 µM cell strainers | CELLTREAT | 229483 | |
| 100 µM cell strainers | CELLTREAT | 229485 | |
| 1 mL disposable syringes | BD Luer-Lok | BD-309659 | |
| 5 mL disposable syringes (Syringe sterile, single use) | BD Luer-Lok | BD309646 | |
| 10 mL disposable syringes | BD Luer-Lok | BD305462 | |
| 1% TritonX-100 | Sigma | X100-1L | Prepared at the time of use |
| 4% paraformaldehyde solution | ThermoFisher Scientific | J19943.K2 | Ready to use and store at 4 °C |
| 5% BSA | Sigma | A7906-100G | Prepared at the time of use |
| 70% ethanol | Pharmco | 111000200 | |
| Antibiotic | ScienCell Research | 503 | |
| Chemometec Vial1-Cassette | Fisher Scientific | NC1420193 | |
| Collagenase | Gibco | 17018-029 | |
| Coverslip | Fisherbrand | 12544D 22*50-1.5 | |
| Dispase I | Sigma-Aldrich | D46693 | |
| DMEM basal medium | ScienCell Research | 9221 | |
| Dulbecco's phosphate-buffered saline free from Ca2+ and Mg2+ (DPBS) | Corning | 21-031-CV) | |
| Nunc 15 mL Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | ThermoFisher Scientific | 339651 | |
| Nunc 50 mL Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | ThermoFisher Scientific | 339653 | |
| 1.5 mL micro-centrifuge tubes | Fisherbrand | 02-681-5 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | ThermoFisher Scientific | 10082147 | |
| Fibroblast complete medium | ScienCell Research | 2331 | |
| Goat anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 594 | Invitrogen | A11032 | Dilution (1:500) |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11008 | Dilution (1:500) |
| Hanks' Buffered Saline Solution (HBSS buffer) | Lonza | CC-5022 | |
| Human foreskin | De-identified human foreskin tissue for research purposes (Institutional Review Board- IRB #17574). | ||
| KGM-GOLD keratinocyte medium (KGM gold and supplements) | Lonza | 00192151 and 00192152 | |
| Mouse alpha-smooth muscle actin antibody | ThermoFisher Scientific | 14-9760-82 | Dilution (1:200) |
| Mouse Cytokeratin14 antibody | Abcam | ab7800 | Dilution (1:100) |
| Mouse S100 antibody | ThermoFisher Scientific | MA5-12969 | Dilution (1:200) |
| Multi chambered (4 well glass slide) | Tab-Tek | 154526 | |
| NucleoCounter -Via1-Cassette | Chemometec | 941-0012 | |
| Poly-L-Lysisne (PLL) | ScienCell Research | 32503 | |
| ProLong Gold Anti-fade Mountant with DAPI | Invitrogen | P36935 | |
| Rabbit K10 antibody | Sigma-Aldrich | SAB4501656 | Dilution (1:100) |
| Rabbit p75-NTR antibody | Millipore | AB1554 | Dilution (1:500) |
| Rabbit vimentin | ProteinTech | 10366-1-AP | Dilution (1:200) |
| Schwann cell culture medium | ScienCell Research | 1701 | |
| Precision tweezers DUMONT straight with extra fine tips Dumostar, 5 | ROTH | LH75.1 | Sterilize with 70% alcohol before use |
| IRIS Scissors, sharp/sharp. Length 4–3/8"(111mm) | Codman | 54-6500 | Sterilize with 70% alcohol before use |
| Sterilized surgical – sharp blade (Duro Edge Economy Single Edge Blades) | Razor blade company | 94-0120 | Sterilize with 70% alcohol before use |
| T25 culture flask | Corning | 353109 | |
| Trypsin neutralization buffer (TNS) | Lonza | CC-5002 | |
| Trypsin/EDTA | Lonza | CC-5012 | |
| Inverted microscope | ZEISS | Axio Observer 7- Axiocam 506 mono – Apotome.2 microscope | For immunofluorescence of chamber slide containing stained cells |
| Inverted microscope | ZEISS | Primovert | For visulaizing/observing cell attachment or detachment |
References
- Hawksworth, G. M. Advantages and disadvantages of using human cells for pharmacological and toxicological studies. Human & Experimental Toxicology. 13 (8), 568-573 (1994).
- Green, H., Kehinde, O., Thomas, J. Growth of cultured human epidermal cells into multiple epithelia suitable for grafting. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76 (11), 5665-5668 (1979).
- Fuchs, E., Green, H. Changes in keratin gene expression during terminal differentiation of the keratinocyte. Cell. 19 (4), 1033-1042 (1980).
- Aasen, T., Izpisua Belmonte, J. C. Isolation and cultivation of human keratinocytes from skin or plucked hair for the generation of induced pluripotent stem cells. Nature Protocols. 5 (2), 371-382 (2010).
- Seluanov, A., Vaidya, A., Gorbunova, V. Establishing primary adult fibroblast cultures from rodents. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (44), e2033 (2010).
- Belviso, I., et al. Isolation of adult human dermal fibroblasts from abdominal skin and generation of induced pluripotent stem cells using a non-integrating method. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (155), e60629 (2020).
- Silva, W. N., et al. Role of Schwann cells in cutaneous wound healing. Wound Repair and Regeneration. 26 (5), 392-397 (2018).
- Bray, E. R., Cheret, J., Yosipovitch, G., Paus, R. Schwann cells as underestimated, major players in human skin physiology and pathology. Experimental Dermatology. 29 (1), 93-101 (2020).
- Laverdet, B., et al. Skin innervation: important roles during normal and pathological cutaneous repair. Histology and Histopathology. 30 (8), 875-892 (2015).
- Jessen, K. R., Mirsky, R., Lloyd, A. C. Schwann cells: Development and role in nerve repair. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 7 (7), 020487 (2015).
- Bentley, C. A., Lee, K. F. p75 is important for axon growth and Schwann cell migration during development. The Journal of Neuroscience. 20 (20), 7706-7715 (2000).
- Rutkowski, J. L., et al. Signals for proinflammatory cytokine secretion by human Schwann cells. Journal of Neuroimmunology. 101 (1), 47-60 (1999).
- Kumar, A., Brockes, J. P. Nerve dependence in tissue, organ, and appendage regeneration. Trends in Neurosciences. 35 (11), 691-699 (2012).
- Balakrishnan, A., et al. Insights into the role and potential of Schwann cells for peripheral nerve repair from studies of development and injury. Frontiers in Molecular Neuroscience. 13, 608442 (2020).
- Gresset, A., et al. Boundary caps give rise to neurogenic stem cells and terminal glia in the skin. Stem Cell Reports. 5 (2), 278-290 (2015).
- Stratton, J. A., et al. Purification and characterization of Schwann cells from adult human skin and nerve. eNeuro. 4 (3), (2017).
