Einrichtung von einem klinisch relevanten<em> Ex Vivo</em> Mock Kataraktchirurgie Modell zur Untersuchung von epithelialen Wundheilung in einer nativen Mikromilieu

Summary

Described here is the establishment of a clinically relevant ex vivo mock cataract surgery model that can be used to investigate mechanisms of the injury response of epithelial tissues within their native microenvironment.

Abstract

The major impediment to understanding how an epithelial tissue executes wound repair is the limited availability of models in which it is possible to follow and manipulate the wound response ex vivo in an environment that closely mimics that of epithelial tissue injury in vivo. This issue was addressed by creating a clinically relevant epithelial ex vivo injury-repair model based on cataract surgery. In this culture model, the response of the lens epithelium to wounding can be followed live in the cells’ native microenvironment, and the molecular mediators of wound repair easily manipulated during the repair process. To prepare the cultures, lenses are removed from the eye and a small incision is made in the anterior of the lens from which the inner mass of lens fiber cells is removed. This procedure creates a circular wound on the posterior lens capsule, the thick basement membrane that surrounds the lens. This wound area where the fiber cells were attached is located just adjacent to a continuous monolayer of lens epithelial cells that remains linked to the lens capsule during the surgical procedure. The wounded epithelium, the cell type from which fiber cells are derived during development, responds to the injury of fiber cell removal by moving collectively across the wound area, led by a population of vimentin-rich repair cells whose mesenchymal progenitors are endogenous to the lens¹. These properties are typical of a normal epithelial wound healing response. In this model, as in vivo, wound repair is dependent on signals supplied by the endogenous environment that is uniquely maintained in this ex vivo culture system, providing an ideal opportunity for discovery of the mechanisms that regulate repair of an epithelium following wounding.

Introduction

Die klinisch relevanten, mock Kataraktchirurgie, ex vivo hier beschriebenen epithelialen Wundheilung Modell wurde entwickelt, um ein Werkzeug für die Untersuchung der Mechanismen, die die Reparatur von Epithelgeweben regulieren in Reaktion auf eine Verletzung bereitzustellen. Key Features, die für die Schaffung dieses Modell ausgerichtet wurden eingeschlossen 1) Bereitstellen von Bedingungen, die eng repliziert die in vivo Antwort auf Verwundung in einer Kultur, Betrieb, 2) Leichtigkeit der Modulation der regulatorischen Elemente der Reparatur, und 3) die Fähigkeit, die dem Bild mit der Reparatur, in seiner Gesamtheit, in Echtzeit. Die Herausforderung war also, eine Kultur-Modell, in dem es möglich war, zu untersuchen, in nativen Mikroumgebung der Zellen zu erstellen und zu manipulieren, epitheliale Wundheilung. Die Verfügbarkeit dieses Wundreparaturmodell eröffnet neue Möglichkeiten für die Identifizierung der endogenen Signal Hinweise aus Matrixproteine, Zytokine und Chemokine, die den Reparaturvorgang zu regulieren. Darüber hinaus ist das Modell ideal für die Prüfung, wie einn Epithel ist in der Lage, als eine kollektive Blatt neu epithelisieren den Wundbereich ^2,3, und für die Bestimmung der Abstammung von mesenchymalen Zellen Führer am Wundrand, die bei der Steuerung der kollektiven Migration des verletzten Epithel ⁴ funktionieren zu bewegen. Dieses Modell bietet auch eine Plattform, um Therapeutika, die effektive Wundheilung zu fördern und zu verhindern, anomale Wundheilung ⁵ könnten.

Es gibt bereits eine Anzahl von verfügbaren Wundreparatur Modellen, sowohl in Kultur als auch in vivo, die das meiste, was über den Wundheilungsprozess bekannt heute zur Verfügung gestellt haben. In Tiermodellen Verletzungen, wie Hornhaut und die Haut ^{6-12 13-17,} gibt es die Möglichkeit, die Reaktion des Gewebes auf Verwundung im Zusammenhang mit allen Reparatur-Mediatoren, die in den Prozess eingebunden werden könnten, einschließlich der Beiträge aus der Studie Gefäßsystem und das Nervensystem. Jedoch gibt es Beschränkungen für die Manipulation der Erfahmentale Zustände in vivo, und es ist noch nicht möglich, bildgebenden Untersuchungen des Reparaturantwort in vivo durchzuführen, über die Zeit kontinuierlich. Dagegen arbeiten die meisten in vitro Wundreparatur Kulturmodellen, wie die Kratzwunde, kann leicht bearbeitet werden und anschließend im Laufe der Zeit aber nicht die Umwelt Rahmen des Studierens der Wundheilung in vivo Gewebe. Während ex vivo Modelle bieten den Vorteil des Studiums der Verletzungsreparatur Verfahren kontinuierlich mit der Zeit im Zusammenhang mit der Mikroumgebung der Zellen in Verbindung mit der Fähigkeit, die Molekularregulatoren der Reparatur zu jedem Zeitpunkt in dem Verfahren zu modulieren, es gibt nur wenige Modelle, diese passen Parameter.

Hier wird ein Verfahren beschrieben, um in hohem Maße reproduzierbar ex vivo epithelialen Wundheilung Kulturen, die Reaktion einer epithelialen Gewebes auf einen physiologischen Verwundung reproduzieren zu generieren. Unter Verwendung der Hühnerembryo Linse als Gewebequelle, einem ex vivo mock Kataraktoperation durchgeführt wird. Das Objektiv ist die ideale Gewebe für diese Studien zu verwenden, da es sich geschlossene innerhalb einer dicken Basalmembran Kapsel, avaskuläre, nicht innerviert, und frei von assoziierten Stroma ^18,19. Bei der menschlichen Krankheit, Katarakt-Operation adressiert Sehverlust durch Trübung der Linse und ist die Entfernung der Linse Faserzellmasse, die die Masse der Linse umfasst. Nach einer Kataraktchirurgie Vision wird durch die Einfügung einer künstlichen Intraokularlinse wiederhergestellt. Die Kataraktchirurgieverfahren durch Entfernung von Faserzellen, induziert eine Verletzungsantwort in der benachbarten Linsen Epithel, das durch Reepithelisierung der hinteren Fläche der Linsenkapsel, die von den Faserzellen besetzt war anspricht. In der Kataraktchirurgie, wie in den meisten der Wundheilung Reaktionen tritt es manchmal ein anomales Ergebnis fibrotische zur Wundheilungsreaktion, mit dem Aufkommen von Myofibroblasten, die in der Linse als Posterior capsu bekannt verbundenle Die Trübung ^20-22. Um die Kataraktchirurgie Wundheilung Modell zu erzeugen, wird eine Katarakt-Operation Verfahren in Linsen von der Hühnerembryo-Auge entfernt, um eine physiologische Verletzung produzieren nachgeahmt. Mikro Entfernung von Linsenfaserzellen führt zu einer sehr konsistenten kreisWundBereich durch die epithelialen Linsenzellen umgeben. Diese Zellpopulation bleibt fest an der Linsenkapsel befestigt Basalmembran und durch das chirurgische Verfahren verletzt. Die Epithelzellen wandern auf der defektfreien Bereich des endogenen Basalmembran, um die Wunde, von einer Bevölkerung von Vimentin reichen mesenchymalen Zellen in der Reparatur als Führer Zellen ¹ bekannt, führte zu heilen. Mit diesem Modell wird die Antwort eines Epithels, um Verletzungen können leicht visualisiert und anschließend mit der Zeit im Zusammenhang mit der Zellen-Mikroumgebung werden. Die Zellen sind leicht zugänglich für Modifikationen der Expression oder Aktivierung der Moleküle erwartet, eine Rolle bei der Wundheilung spielen. Eine leistungsstarke Funktion von thist ein Modell ist die Fähigkeit, zu isolieren und zu untersuchen Migration spezifische Veränderungen im Rahmen der Wundheilung. Die Fähigkeit, eine große Anzahl von im Alter abgestimmt ex vivo Wundheilungs Kulturen für Studien vorzubereiten, ist ein weiterer Vorteil dieses Modells. Somit liefert diese Modellsystem eine einzigartige Gelegenheit, auf ihre Wirkung auf die Wundheilung necken neben Mechanismen der Wundheilung und Test Therapeutika. Die ex vivo mock Kataraktchirurgie Modell wird erwartet, dass eine breite Anwendbarkeit haben, die eine kritische Ressource für das Studium Mechanismen der Schädigung zu reparieren.

Protocol

Das folgende Protokoll erfüllt die Thomas Jefferson University Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss Leitlinien und mit der ARVO Erklärung für die Nutzung von Tieren in der Vision Research. 1. Aufbau und Herstellung von Linsen für Ex Vivo Wund Kultur Platzieren Sie drei 100 mm-Petrischalen in einer sterilen, Sterilbank. Füllen zwei der Petrischalen bis zur Hälfte mit Tris / Dextrose-Puffer (TD Puffer; 140 mM NaCl, 5 mM KCl, 0,7 mM Na 2 PO <sub…

Representative Results

Ex-vivo-Modell erstellt, um den Wundheilungsprozess in nativen Mikroumgebung der Zellen zu studieren Mechanismen bei der Regulierung der Wundheilung eines Epithels im nativen Mikroumgebung der Zellen beteiligt zu untersuchen, wurde eine klinisch relevante ex vivo mock Kataraktchirurgie-Modell erstellt. Dieses Modell wird von Linsengewebe, die viele Vorteile aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften bietet erstellt: 1) das Objektiv ist ein in sich geschlossenes Orgel durch e…

Discussion

Here is described a technique for preparing a culture model of wound repair that involves performing an ex vivo cataract surgery on chick embryo lenses after their removal from the eye. The lens epithelium responds to this clinically relevant wounding with a repair process that closely mimics that which occurs in vivo, and shares features with wound repair in other epithelial tissues^2,4. While the protocol is straightforward and simple to follow, performing mock cataract surgery with embryoni…

Materials

Sodium Chloride (NaCl)	Fisher Scientific	S271-3	Use at 140mM in TD Buffer
Potassium Chloride (KCl)	Fisher Scientific	P217-500	Use at 5mM in TD Buffer
Sodium Phosphate (Na2HPO4)	Sigma	S0876	Use at .7mM in TD Buffer
D-glucose (Dextrose)	Fisher Scientific	D16-500	Use at 0.5mM in TD Buffer
Tris Base	Fisher Scientific	BP152-1	Use at 8.25mM in TD Buffer
Hydrochloric acid	Fisher Scientific	A144-500	Use to pH TD buffer to 7.4
Media 199	GIBCO	11150-059
L-glutamine	Corning/CellGro	25-005-CI	Use at 1% in Media199
Penicillin/streptomycin	Corning/CellGro	30-002-CI	Use at 1% in Media199
100mm petri dishes	Fisher Scientific	FB0875711Z
Stericup Filter Unit	Millipore	SCGPU01RE	Use to filter sterilize Media
Dumont #5 forceps (need 2)	Fine Science Tools	11251-20
35mm Cell Culture Dish	Corning	430165
27 Gauge 1mL SlipTip with precision glide needle	BD	309623
Fine Scissors	Fine Science Tools	14058-11
Standard Forceps	Fine Science Tools	91100-12
Other Items Needed: General dissection instruments,  fertile white leghorn chicken eggs,
check egg incubator (humidified, 37.7°C), laminar flow hood, binocular stereovision dissecting
microscope