Производство модифицированной аутологичной кондиционированной сыворотки и оценка ex vivo ее лечебного потенциала в эпителии роговицы мышей
Summary
В этой статье описывается протокол, позволяющий упростить процесс и сделать приготовление аутологичной кондиционированной сыворотки (ОКС) менее дорогим. Никаких специальных шприцев или стеклянных шариков с поверхностным покрытием не требуется. Кроме того, модифицированная ОКС (mACS) имеет конкурентные преимущества перед обычной аутологичной сывороткой при заживлении ран роговицы мышиных глаз ex vivo.
Abstract
В последние десятилетия местная терапия, полученная из крови человека, была благом для клиницистов. Аутологичная сыворотка (AS) и обогащенная тромбоцитами плазма (PRP) обогащены эпителиотропными факторами роста, которые необходимы для заживления ран роговицы. В отличие от AS, PRP основана на системе дифференциального центрифугирования, что дает больше тромбоцитарных факторов роста. Аутологичная кондиционированная сыворотка (ОКС) не только сохраняет препарат АС и PRP, но и фокусируется на иммуномодулирующих свойствах, которые важны при воспалительных заболеваниях.
Отсутствие стандартизированных протоколов и высокие затраты на подготовку являются ограничениями для клинического применения ОКС. Этот видеоэксперимент демонстрирует стандартную операционную процедуру приготовления глазных капель модифицированной аутологичной кондиционированной сыворотки (mACS). Во-первых, глицерин добавляли в гепариновые шприцы в качестве стабилизатора клеток крови во время гипоксической инкубации. Для активации клеток крови была начата 4-часовая инкубация при 37 ° C. Затем образцы крови центрифугировали при 3 500 × г в течение 10 мин при комнатной температуре. После фильтрации надосадочной жидкости через фильтр 0,22 мкм глазные капли mACS были полностью приготовлены.
Предварительная проверка терапевтического эффекта mACS показала, что он может иметь конкурентные преимущества перед обычным АС при заживлении ран роговицы в глазах мышей ex vivo . АС, использованная в этом исследовании, была подготовлена в соответствии с опубликованными исследованиями и клинической практикой в нашей больнице. Таким образом, эффективность mACS при заболеваниях глазной поверхности может быть оценена в будущих исследованиях с помощью исследований in vivo на животных и клинических испытаний.
Introduction
Терапевтические эффекты аутологичной сыворотки (АС) при заболеваниях сухого глаза были впервые зарегистрированы в 1980-х годах Fox et al.1. Считается, что как смазывающее свойство, так и основные эпителиотропные биохимические компоненты АС, имитирующие естественные слезы, способствуют пролиферации эпителиальных клеток роговицы. За последние десятилетия на этой основе было проведено несколько исследований. Трофические компоненты включают эпидермальный фактор роста (EGF), витамин А, трансформирующий фактор роста β (TGF-β) и другие цитокины. Интересно, что сыворотка богата TGF-β и витамином А, которые, как полагают, играют ключевую роль в пролиферации эпидермиса 2,3,4,5. Кроме того, при лечении пациентов с заболеваниями глазной поверхности несколько исследований показали некоторые преимущества глазных капель АС в исходах, сообщаемых пациентами, других объективных параметрахсухого глаза 6,7 и микроскопических данных, таких как плотность клеток8. Метааналитические исследования показали, что при лечении глазными каплями АС могут быть некоторые преимущества в улучшении синдромов пациентов, но долгосрочные результаты и наблюдения по-прежнему отсутствуют 9,10.
В отличие от АС, обогащенная тромбоцитами плазма (PRP) получается путем добавления антикоагулянта во время приготовления с дальнейшим дифференциальным центрифугированием и химической активацией тромбоцитов. По сравнению с АС, в PRP присутствуют многочисленные химические вещества и факторы роста, такие как TGF-β, фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и EGF. Он также применялся к заболеваниям глазной поверхности с клиническими преимуществами в облегчении симптомов11.
Перекрестная связь между дефектами эпителия и воспалением сложна. Примечательно, что иммунопатофизиология является еще одним важным вопросом при заболеваниях глазной поверхности. Считается, что провоспалительные цитокины, такие как IL-1β и ИФН-γ, являются ключевыми медиаторами в воспалительных каскадах12. Таким образом, открываются новые пути лечения, основанные на понимании иммунного механизма. Стратегии остановки этого воспалительного процесса, включая выработку антагониста рецептора интерлейкина-1 (IL-1Ra) и других противовоспалительных цитокинов, также могут играть важную роль при заболеваниях глазной поверхности13,14,15.
С 1998 года Orthokine, коммерциализированная аутологичная кондиционированная сыворотка (ACS), клинически используется у ортопедических пациентов, страдающих остеоартритом (ОА), ревматоидным артритом (РА) и заболеваниями позвоночника13. По сравнению с АС и PRP, обработка стеклянными шариками с химическим покрытием и гипоксическая инкубация для активации моноцитов являются специфическими особенностями ACS16. Теоретически можно секретировать больше противовоспалительных факторов путем добавления стресса выживания к клеткам, что приводит к более высокой концентрации основных иммуномодулирующих компонентов, включая IL-1Ra. Также сообщалось об улучшении терапевтических преимуществ ОКС при ОА по сравнению с АС17. Заболевания глазной поверхности в некоторых отношениях имеют сходную иммунную подоплеку с ортопедическими воспалительными заболеваниями. Таким образом, основываясь на успешных результатах терапии крови человека в ортопедической области, ОКС может иметь преимущества перед традиционными методами лечения в клинической практике по эпителиотропным и иммуномодулирующим свойствам. Несмотря на то, что ОКС широко используется при ортопедических воспалительных заболеваниях, его клиническое применение в офтальмологии все еще нуждается в изучении, что может быть затруднено его высокой стоимостью, отсутствием литературной поддержки и отсутствием стандартизации процесса подготовки, что приводит к разнообразным характеристикам.
В этой видеостатье был продемонстрирован новый, экономически эффективный и удобный метод создания модифицированной ACS (mACS) или плазмы, богатой факторами роста (PRGF), для получения глазных капель с сопоставимой практической ценностью с коммерциализированными ACS. Ключевые идеи добавления антикоагулянтов и запуска клеток крови для секреции противовоспалительных цитокинов путем стрессовой инкубации были сохранены, но в отличие от химически индуцированных методов, таких как основанные на стеклянных шариках с покрытиемCrSO 4 и коммерческих наборах, критический стрессовый статус физически индуцируется гипоксической инкубацией в этом методе. Кроме того, глицерин был добавлен для обеспечения дополнительных преимуществ, включая повышение стабильности мембраны клеток крови, поддержание надлежащего осмотического давления внеклеточной жидкости18 и соответствующий источник питательных веществ в гипоксических условиях, которые позволяют избежать перенапряжения клеток.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании описан протокол приготовления mACS и дополнительно показана польза глазных капель mACS для заживления ран на животных моделях. Важнейшей модификацией этого протокола mACS является добавление приблизительно 0,5 мл 10% раствора глицерина в каждую пробирку, что создает подхо…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Авторы благодарят Ya-Lan Chien и Chia-Ying Lee за отличную техническую помощь, а также компанию OnLine English за лингвистическое издание. Это исследование было частично профинансировано Chang Gung Medical Research Project (грант No CMRPG3L1491).
Materials
| 96-well culture plate | Merck KGaA, Germany | CLS3997 | |
| Barraquer lid speculum | katena | K1-5355 | 15 mm |
| Barraquer needle holder | Katena | K6-3310 | without lock |
| Barron Vacuum Punch 8.0 mm | katena | K20-2108 | for cutting filter paper |
| BD 10.0 mL vacutainer tubes containing heparin 158 USP units | Becton,Dickinson and Company, US | 367880 | At least 6 tubes, necessary to collect blood for subsequent experiments and to avoid blood agglutination |
| BD 21 G butterfly-winged infusion set | Becton,Dickinson and Company, US | 367281 | For even distribution of glycerol solution |
| C57BL/6 mice | National Laboratory Animal Center | RMRC11005 | for mouse model |
| Castroviejo forceps 0.12 mm | katena | K5-2500 | |
| Centrifuge | Eppendorf, Germany | 5811000428 | 3,500 x g for 10 min |
| Cheng Yi 10.0 mL sterilized eye dropper bottle | Cheng Yi Chemical, Taiwan | CP405141 | Must be sterile and as the storage container for the final product |
| Corneal rust ring remover with 0.5 mm burr | Algerbrush IITM; Alger Equipment Co., Inc. Lago Vista, TX | CHI-675 | for debridement of the corneal epithelium |
| Dulbecco's modified minimal essential medium | Merck KGaA, Germany | D6429 | |
| Filter paper | Toyo Roshi Kaisha,Ltd. | 1.11 | |
| Fluorescein sodium ophthalmic strips U.S.P | OPTITECH | OPTFL100 | staining for corneal epithelial defect |
| Incubator | Firstek, Taiwan | S300S | 37 °C for 4 h |
| Kanam sterile gloves | Kanam Latex Industries, India | EN455 | For aseptic operation |
| Merck 0.22 µm filter | Merck KGaA, Germany | PR05359 | At least 2 filters for mACS filtration |
| Nang Kuang 250 mL 10% glycerol solution | Nang Kuang Pharmaceutical, Taiwan | 19496 | To offer suitable membrane stabilization effect and extracellular osmotic pressure for blood cells |
| Normal saline | TAIWAN BIOTECH CO., LTD. | 100-120-1101 | |
| Skin biopsy punch 2mm | STIEFEL | 22650 | |
| Stereomicroscope | Carl Zeiss Meditec, Dublin, CA | SV11 | microscope for surgery |
| Terumo 18 G needle | Terumo, Taiwan | SMACF0120-18BX | 3.0 mL syringe with 18 G needle to extract the supernatant after centrifugation |
| Terumo 20.0 mL syringe | Terumo, Taiwan | MDSS20ES | Could be used to collect serum after initial centrifugation and use it for secondary centrifugation. |
| Terumo 3.0 mL syringe with the 23 G needle | Terumo, Taiwan | MDSS03S2325 | 3.0 mL syringe is used to extract the supernatant after centrifugation. Then connect the filter and the 23 G needle for injection into the eye drop bottles. |
| Westcott Tenotomy Scissors Medium | katena | K4-3004 |
References
- Fox, R. I., Chan, R., Michelson, J. B., Belmont, J. B., Michelson, P. E. Beneficial effect of artificial tears made with autologous serum in patients with keratoconjunctivitis sicca. Arthritis and Rheumatology. 27 (4), 459-461 (1984).
- Noble, B. A., et al. Comparison of autologous serum eye drops with conventional therapy in a randomised controlled crossover trial for ocular surface disease. The British Journal of Ophthalmology. 88 (5), 647-652 (2004).
- Bradley, J. C., Bradley, R. H., McCartney, D. L., Mannis, M. J. Serum growth factor analysis in dry eye syndrome. Clinical & Experimental Ophthalmology. 36 (8), 717-720 (2008).
- Alshammari, T. M., Al-Hassan, A. A., Hadda, T. B., Aljofan, M. Comparison of different serum sample extraction methods and their suitability for mass spectrometry analysis. Saudi Pharmaceutical Journal. 23 (6), 689-697 (2015).
- Tsubota, K., et al. Treatment of dry eye by autologous serum application in Sjögren’s syndrome. The British Journal of Ophthalmology. 83 (4), 390-395 (1999).
- Urzua, C. A., Vasquez, D. H., Huidobro, A., Hernandez, H., Alfaro, J. Randomized double-blind clinical trial of autologous serum versus artificial tears in dry eye syndrome. Current Eye Research. 37 (8), 684-688 (2012).
- Cui, D., Li, G., Akpek, E. K. Autologous serum eye drops for ocular surface disorders. Current Opinion in Allergy and Clinical Immunology. 21 (5), 493-499 (2021).
- Jirsova, K., et al. The application of autologous serum eye drops in severe dry eye patients; subjective and objective parameters before and after treatment. Current Eye Research. 39 (1), 21-30 (2014).
- Pan, Q., Angelina, A., Marrone, M., Stark, W. J., Akpek, E. K. Autologous serum eye drops for dry eye. Cochrane Database of Systematic Reviews. 2 (2), (2017).
- Wang, L., et al. Autologous serum eye drops versus artificial tear drops for dry eye disease: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Ophthalmic Research. 63 (5), 443-451 (2020).
- Soni, N. G., Jeng, B. H. Blood-derived topical therapy for ocular surface diseases. The British Journal of Ophthalmology. 100 (1), 22-27 (2016).
- Solomon, A., et al. anti-inflammatory forms of interleukin-1 in the tear fluid and conjunctiva of patients with dry-eye disease. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 42 (10), 2283-2292 (2001).
- Meijer, H., Reinecke, J., Becker, C., Tholen, G., Wehling, P. The production of anti-inflammatory cytokines in whole blood by physico-chemical induction. Inflammation Research. 52 (10), 404-407 (2003).
- Bielory, B. P., Shah, S. P., O’Brien, T. P., Perez, V. L., Bielory, L. Emerging therapeutics for ocular surface disease. Current Opinion in Allergy and Clinical Immunology. 16 (5), 477-486 (2016).
- Stevenson, W., Chauhan, S. K., Dana, R. Dry eye disease: an immune-mediated ocular surface disorder. Archives of Ophthalmology. 130 (1), 90-100 (2012).
- Yang, J., Guo, A., Li, Q., Wu, J. Platelet-rich plasma attenuates interleukin-1β-induced apoptosis and inflammation in chondrocytes through targeting hypoxia-inducible factor-2α. Tissue and Cell. 73, 101646 (2021).
- Shakouri, S. K., Dolati, S., Santhakumar, J., Thakor, A. S., Yarani, R. Autologous conditioned serum for degenerative diseases and prospects. Growth Factors. 39 (1-6), 59-70 (2021).
- Gull, M., Pasek, M. A. The role of glycerol and its derivatives in the biochemistry of living organisms, and their prebiotic origin and significance in the evolution of life. Catalysts. 11 (1), 86 (2021).
- Drew, V. J., Tseng, C. L., Seghatchian, J., Burnouf, T. Reflections on dry eye syndrome treatment: therapeutic role of blood products. Frontiers in Medicine. 5, 33 (2018).
- Hung, K. H., Yeh, L. K. Ex vivo and in vivo animal models for mechanical and chemical injuries of corneal epithelium. Journal of Visualized Experiments. (182), e63217 (2022).
- Geerling, G., Maclennan, S., Hartwig, D. Autologous serum eye drops for ocular surface disorders. The British Journal of Ophthalmology. 88 (11), 1467-1474 (2004).
- Rutgers, M., Saris, D. B., Dhert, W. J., Creemers, L. B. Cytokine profile of autologous conditioned serum for treatment of osteoarthritis, in vitro effects on cartilage metabolism and intra-articular levels after injection. Arthritis Research & Therapy. 12 (3), R114 (2010).
- Antebi, B., et al. Short-term physiological hypoxia potentiates the therapeutic function of mesenchymal stem cells. Stem Cell Research & Therapy. 9 (1), 265 (2018).
- Chen, Y. M., Wang, W. Y., Lin, Y. C., Tsai, S. H., Lou, Y. T. Use of autologous serum eye drops with contact lenses in the treatment of chemical burn-induced bilateral corneal persistent epithelial defects. BioMed Research International. 2022, 6600788 (2022).
- Diaz-Valle, D., et al. Comparison of the efficacy of topical insulin with autologous serum eye drops in persistent epithelial defects of the cornea. Acta Ophthalmologica. 100 (4), e912-e919 (2022).
- Metheetrairut, C., et al. Comparison of epitheliotrophic factors in platelet-rich plasma versus autologous serum and their treatment efficacy in dry eye disease. Scientific Reports. 12 (1), 8906 (2022).
- NaPier, E., Camacho, M., McDevitt, T. F., Sweeney, A. R. Neurotrophic keratopathy: current challenges and future prospects. Annals of Medicine. 54 (1), 666-673 (2022).
- Garcia-Conca, V., et al. Efficacy and safety of treatment of hyposecretory dry eye with platelet-rich plasma. Acta Ophthalmologica. 97 (2), e170-e178 (2019).
- Gholian, S., et al. Use of autologous conditioned serum dressings in hard-to-heal wounds: a randomised prospective clinical trial. Journal of Wound Care. 31 (1), 68-77 (2022).
- Raeissadat, S. A., Rayegani, S. M., Jafarian, N., Heidari, M. Autologous conditioned serum applications in the treatment of musculoskeletal diseases: a narrative review. Future Science OA. 8 (2), 776 (2022).
- Tokawa, P. K. A., Brossi, P. M., Baccarin, R. Y. A. Autologous conditioned serum in equine and human orthopedic therapy: A systematic review. Research in Veterinary Science. 146, 34-52 (2022).
- Evans, C. H., Chevalier, X., Wehling, P. Autologous conditioned serum. Physical Medicine and Rehabilitation. Clinics of North America. 27 (4), 893-908 (2016).
- Coskun, H. S., Yurtbay, A., Say, F. Platelet rich plasma versus autologous conditioned serum in osteoarthritis of the knee: clinical results of a five-year retrospective study. Cureus. 14 (4), e24500 (2022).
