Summary
该协议最初由费尔南德斯-戈迪诺等人于2016年1月报告,描述了一种有效分离和培养小鼠RPE细胞的方法,该细胞在一周内在Transwell板上形成功能和极化的RPE单层。手术大约需要3个小时。
Abstract
眼疾影响全球数百万人,但人体组织的有限可用性阻碍了他们的研究。小鼠模型是了解眼科疾病病理生理学的有力工具,因为它们与人体解剖学和生理学相似。视网膜色素上皮(RPE)的改变,包括形态和功能的变化,是许多眼部疾病共有的共同特征。然而,成功隔离和培养原鼠RPE细胞是非常具有挑战性的。本文是费尔南德斯-戈迪诺等人之前在 2016 年发布的协议的更新视听版本,旨在有效隔离和培养主要鼠标 RPE 细胞。这种方法具有高度可重复性,并导致高度极化和色素化的 RPE 单层的坚固培养物,可在 Transwells 上保持数周。该模型为研究眼部疾病背后的分子和细胞机制开辟了新的途径。此外,它提供了一个平台,用于测试治疗方法,可用于治疗重要的眼部疾病与未满足的医疗需求,包括遗传性视网膜疾病和黄斑变性。
Introduction
该协议最初由费尔南德斯-戈迪诺等人于2016年1月报告,描述了一种有效隔离和培养小鼠视网膜色素上皮(RPE)细胞的方法,该细胞在一周内在Transwell板块上形成功能性和极性RPE单层。RPE 是位于神经视网膜和布鲁赫膜之间的眼睛中的单层。这一层由高度极化和色素化的上皮细胞组成,由紧密的结点连接,呈现出类似于蜂巢2的六边形形状。尽管这种明显的组织学简单,RPE执行各种功能的关键视网膜和正常的视觉周期2,3,4。RPE单层的主要功能包括光吸收、光感受器的滋养和更新、代谢端产品的去除、亚视网膜空间中的离子平衡控制以及血视网膜屏障2、3的维护。RPE在眼睛5、6、7、8、9、10、11的局部调节中也起着重要的作用。RPE的退化和/或功能障碍是许多眼部疾病的共同特征,如视网膜炎色素沉着症,勒伯先天性动脉瘤,白化病,糖尿病视网膜病变,和黄斑变性12,13,14,15。不幸的是,人体组织的可用性是有限的。鉴于小鼠与人类高度保存的遗传同源性,小鼠模型是研究眼部疾病16、17、18、19的合适和有用的工具。此外,使用培养的原发性RPE细胞提供的优势,如基因操纵和药物测试,可以加快开发新的疗法,这些危及视力的疾病9,11。
可用于鼠标 RPE 隔离和文化的现有方法缺乏可重复性,并且无法以足够的可靠性在体内重新概括 RPE 功能。细胞往往在几天内失去色素化,六角形和跨皮电阻(TER)在培养13,20。由于从小鼠身上建立这些初级RPE细胞培养是一个具有挑战性的过程,这个优化的协议已经创建基于其他协议,从大鼠和人眼分离RPE细胞21,22,23解剖小鼠的眼睛,收集RPE和培养小鼠RPE细胞在体外。
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Protocol
遵循了《在眼科和视力研究中使用动物的ARVO声明》的准则。
注:这种方法已被证明对不同遗传背景的小鼠成功,包括C57BL/6J,B10。D2-Hco H2d H2-T18 c/oSnJ和白化病小鼠,在不同年龄。最好使用8到12周大的小鼠来获得RPE细胞。来自老老鼠的RPE细胞在培养中繁殖较少,而幼鼠的细胞越来越小,这就要求汇集不同动物的眼睛才能有可行的培养物。
1. 准备试剂和膜插入
- 准备以下试剂。
- 准备 HBSS-H−(无钙的 HBSS,无镁缓冲器 + 10 mM HEPES):将 1 mL 的 1 M HEPES 添加到 99 mL HBSS - (无 Ca/Mg) 缓冲区。存储在4°C至1个月。
- 准备 HBSS-H+ (含钙的 HBSS,含镁缓冲器 + 10 mM HEPES):将 1 mL 的 1 M HEPES 添加到 99 mL HBSS® (含 Ca/Mg) 缓冲区。存储在4°C至1个月。
- 准备透明质溶液(1毫克/mL):将10毫克透明质酶添加到10毫升的HBSS-H−并使用10mL注射器使用0.4微米无菌注射器过滤器进行过滤。使用前准备新鲜,并在室温下离开(RT:20-25°C)。
- 准备 FBS 解决方案:将 20% 的 FBS 与 HBS-H+ 混合。将 2 毫升 FBS 添加到 8 毫升的 HBS-H+ 中。使用前准备新鲜。
- 准备 RPE 介质: N1 中等补充 1/100 (v/v), 谷氨酰胺 1/100 (v/v), 青霉素链霉素 1/100 (v/v) 和非必要氨基酸溶液 1/100 (v/v) ),氢皮质松 (20μg/L), 陶林 (250 毫克/升) 和三叶草 - 胸腺素 (0.013 微克/升) 在阿尔法 MEM + 5% FBS 或没有 FBS1,23,24.如果需要,FBS 可能会被热灭活:没有观察到任何差异。为 RPE 隔离准备新鲜。对于细胞培养维护,存储在4°C长达1个月。
- 准备特普辛-EDTA:准备新鲜的三丁基-EDTA(0.25%) 的小一次性别名(+8 mL)并将它们冻结在-20°C。每次使用前在RT解冻它们。避免冻结-解冻周期。
- 准备膜插入(例如,跨井插入)。
- 在 37 °C 时,在 5% 的 CO 2 -aerated 孵化器中,用 RPE 介质平衡6.5mm 膜插入至少 30 分钟。使用一个膜插入从两个鼠标的眼睛种子RPE细胞。
- 孵化后,用 700 μL 的 PBS 替换下舱的介质。
- 从顶部隔间取出介质,在 RT 处涂上 100μL 的 100μl 10 μg/mL 鼠标层蛋白(在 PBS 中),至少 2 小时(较短的孵化可能导致细胞对插入物的附着不良)。
- 涂上额外的膜插入,用作 TER 测量的空白。
2. 解剖和引诱鼠标眼睛
- 通过将小鼠放入二氧化碳室,并以每分钟30-70%的填充率缓慢释放二氧化碳,通过二氧化碳窒息使小鼠安乐死。
- 将微力的倾斜、锯齿状尖端放在鼠标眼睛的每一侧,轻轻按压以支撑眼球(诱导)。
- 关闭放置在眼球周围的钳子。然后,向前和向后移动时轻轻拉动,用视神经将整个眼睛与眼部肌肉分离,确保没有结缔组织仍然附着在硬皮上。
- 在70%乙醇中冲洗被诱导的眼球,然后将其放入一个六井板的一口井中,在冰上放置3mL的HBSS-H−。
- 重复步骤 2.2 到 2.4 以移除鼠标的第二只眼睛。在 30 分钟内继续执行后续步骤。
注:建议一次只切除两只眼睛,直到获得一些经验。
3. RPE 的集合
注意:在层压流罩的无菌条件下执行以下步骤。为了避免在冰上延长潜伏期,这可能导致 RPE 细胞死亡,一次收集不超过两只眼睛。
- 使用解剖立体显微镜,杜蒙#5钳子和斜剪刀小心地清理所有粘附在眼球上的结缔组织、血液和肌肉,而不会在囊中有任何切口。根据需要定期更换 3 mL 的 HBSS-H −缓冲器,以保持眼睛新鲜和清洁,并避免 RPE 培养物的污染。
- 使用视神经作为手柄,用锋利的碳钢#11刀片在角膜中心打一个洞。
- 使用杜蒙#5剪刀通过上述孔在角膜上切开三个切口,确保有足够的空间去除镜片。
- 抓住视神经,用斜剪刀的底座对奥拉塞拉塔施加轻微的压力,直到镜头完全出来。将虹膜上皮留在原位,以防止潜伏期间神经网膜和 RPE 的分离。将眼睛放在 HBSS-H 缓冲器中。
- 重复步骤 3.1-3.4 解剖第二只眼睛。
- 在 37 °C 的 12 井板中孵化无镜片的眼睛,在 5% CO2- 通风孵化器(1.5 mL/井)中 45 分钟,将神经视网膜从 RPE 中分离出来。
- 将每只眼睛放在一口新井中,在冰上孵育30分钟,每口油井1.5mL的冷HBSS-H+缓冲器,以阻止透明质酶活动。不要将孵化时间延长超过 45 分钟。
- 洗净,并用新鲜的 HBSS-H+ 缓冲器将每只眼睛放入 35 毫米培养皿中,然后用 8 厘米的 Vannas 剪刀切开角膜,直到到达奥拉塞拉塔。然后,切下奥拉塞拉塔,以去除虹膜上皮和角膜。
- 用弯曲的钳子保持眼杯边缘/奥拉塞拉塔,并使用倾斜的微力拉开神经视网膜,确保 RPE 层不被切割。然后,切断视神经的内部附件。如果一些 RPE 细胞仍然附着在神经网膜上,请延长潜伏时间,但总时间不超过 45 分钟。
- 切开视神经,将每个眼杯转移到不同的12井板,每口井含有1.5毫升的新鲜三氯辛-EDTA。确保眼杯保持打开,并完全淹没在肌氨脂中。在 5% 的 CO2 孵化器中,在 37 °C 孵化眼杯 45 分钟。
- 将每个眼杯与在尝试普辛孵化过程中分离的任何 RPE 表一起收集,并将其转移到包含每口油井 1.5 mL FBS 解决方案的 12 井板中。如果 RPE 表仍保留在试穿素溶液中,请使用微管将它们转移到带 FBS 解决方案的井中。
4. 隔离原鼠RPE细胞
- 将每个眼杯由视神经按住,朝下摇动到 12 井板中,其中含有 HBSS-H+ 中 20% FBS 的 1.5 mL,直到 RPE 表完全分离。
- 用微管收集任何 RPE 表和 RPE 集群,并将其放置在 15 mL 管中。避免任何白色的鳞片或巧克力,这可能会污染文化。将同一只鼠标的两只眼睛池在一个管子里。
- 在 RT 以 340 x g 的速度将混合物离心 2 分钟,然后丢弃超自然。
- 在 1 mL 的尝试素 - EDTA 中轻轻恢复 RPE 颗粒 (0.25%)并在37°C的水浴中孵育混合物1分钟,将RPE表分解成单个细胞。孵化后,用微管轻轻上下吹10次,避免在管道时形成气泡。
- 加入 9 mL 的新鲜制备 RPE 介质,以稀释和灭活 trypsin,并在 RT 以 340 x g 将混合物离心机加热 2 分钟。
- 吸气超自然,并小心地用5%FBS在150μL的RPE介质中补充细胞颗粒,确保细胞在管道管道中均匀地恢复并避免气泡形成。
- 从步骤 1.2 中插入层蛋白涂层膜,从底部腔室中去除 PBS,并添加 700 μL 的 RPE 介质。
- 从膜插入的上腔取出层蛋白,并顺流而均匀地将 RPE 细胞悬架分配到腔室的中心,避免在管道时形成气泡。
- 将膜插入 5% CO2 孵化器中,在 37 °C 时保持不受干扰,至少 24 小时。
- 24小时后,检查显微镜下的膜插入,以确保大多数 RPE 细胞连接到插入物上,汇合率至少为 50%(图 1A)。在前 72 小时内不更换媒体至关重要。
5. 极化 RPE 单层文化
- 在刷新 RPE 介质以允许细胞连接之前,在培养中保持隔离的 RPE 细胞至少 72 小时。在播种时,50%或以上的细胞汇合对于形成合适的极化 RPE 单层至关重要。
- 连接细胞后,每周使用新鲜和预热 RPE 介质(步骤 1.1.5)更改培养介质两次。血清可以在前 72 小时后从培养介质中去除。
注意:在培养一周后,细胞应是结合的,六角形的,双核的,色素和极化的(图1B),预计细胞数量约为50,000细胞每6.5毫米Transwell插入。在培养两周后,观察由健康细胞组成的RPE单层。RPE 文化显示 apical 微维利、基底折叠和紧密的交汇点 (图 1C)。
6. TER 测量
注:在培养后至少4天对RPE细胞进行TER测量,以确保RPE单层细胞的完整性和极化。
- 用70%的乙醇清洁伏特米电极,并小心干燥。
- 从孵化器取出转井,并在 3 分钟内进行 TER 测量,以避免因温度波动而发生改变。要测量 TER,请将伏托赫米短电极浸入上腔和膜插入的底部腔中。避免与 RPE 单层接触,以防止细胞分离。
- 要计算 TER,请从样品中扣除空白值(在没有细胞的情况下涂有层蛋白的膜插入)。然后乘以膜插入的表面积(0.33 厘米2 在 6.5 毫米膜插入的情况下)获得的价值(在 Ohms 中)。该产品应至少200 Ω×厘米2 后72小时的文化。两周后,TER 值应测量在 400 Ω x cm2 以上。丢弃具有低TER值的RP文化。
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Representative Results
该协议已被用来隔离和培养RPE细胞从转基因小鼠1。没有观察到小鼠菌株或性别之间的差异。研究结果有助于了解眼部疾病机制的一些重要方面,如与年龄有关的黄斑变性,这是老年人视力丧失的最常见原因。在此协议后分离的 RPE 细胞在播种后 24 小时内完全连接到膜插入上,并在 72 h1后显示典型的 RPE 大小、形态和色素沉着。一周后,一个高度极化的RPE单层由六角色素RPE细胞形成,两个核连接着表示ZO-1(图1C,2)的紧密交汇点。传输电子显微图揭示了阿皮奇微维利和基底折叠的存在(图1C)。RPE单层的极化得到了TER值的确认,平均值高于200 Ω×厘米2,随着时间的推移保持稳定(图2)。
通过噬菌体分析对该方法进行功能验证。鼠标RPE细胞在膜插入物上培养,并配以FITC标记的牛POS喂养。 POS的吞没和消化通过荧光显微镜(图3)进行证明。
图1。不同时间点的 RPE 单元格。 (A) RPE细胞的10倍亮场显微图24小时后在膜插入上播种,和(B)一周后。(C) 传输电子显微图在膜插入物上显示 RPE 培养的 apical 微维利、基底折叠和黑色素颜料(黑点),为期两周。比例栏:A,B:100μm,C:2μm。 请单击此处查看此图的较大版本。
图2。随着时间的推移。 在膜插入上测量了 +60 个主要鼠标 RPE 细胞培养物的跨皮电阻 (TER),在 0.5 (n=33)、1 (n=58)、1.5 (n=54) 和 2 (n=60) 周后进行测量。TER 在 72 小时内达到 200 Ω x cm2 以上,并且至少稳定两周。数据表示为具有平均± SD 的单个值。 请单击此处查看此图的更大版本。
图3。噬菌体病检测。40倍的荧光显微图的主要小鼠RPE培养物喂养与FITC标签牛POS(绿色)两个小时,并固定与甲醇25。较小的碎片对应于细胞细胞质内消化的POS。像之前描述的1、9,免疫与抗体抗ZO1一起促进紧密路口(红色)的可视化。DAPI(蓝色)用于染色核。在图像中心可以观察到具有两个核的典型鼠标 RPE 细胞。比例栏: 50μm.请单击此处查看此图的更大版本。
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Discussion
虽然在1、13、20、22、26、27之前已经开发出几种小鼠RPE细胞分离和培养方法,但费尔南德斯-戈迪诺的方法首先使用膜插入,使RPE细胞在培养中的有效生长长达1周,即9周。他们的协议1,9的另一个主要变化是使用酶溶液,而不是机械剥离分离RPE细胞1,13,20,26。镜片通过角膜切口去除,使虹膜上皮完好无损,并在第一次孵化期间保持小灵通的完整性。RPE细胞的温和隔离与膜插入和特定RPE介质23的使用相结合,提高了细胞的存活率,增强了功能组合单层的形成,在培养物2的几天内模仿RPE的生理条件。通常,用这种方法培养的原发性小鼠 RPE 细胞会显示六边形形态、极化、色素化、屏障特性和增殖。此外,RPE可以在血清没有的情况下培养,从第三天到几个星期,这是重要的研究补充相关的RPE病理学9。
此协议的一个限制是,在膜插入上培养的主要鼠标 RPE 细胞无法扩展。通过主要小鼠RPE细胞与酶溶液或培养他们很长一段时间导致色素化损失,去分化,并减少TER,从而失去类似于 体内特征的 特性。从一种动物身上获得的RPE细胞数量有限,需要从不同动物中采集样本进行转录和蛋白质组分析,因为那里需要相对大量的启动材料。不建议通过将更多的眼睛集中到更大的膜插入中来扩展 RPE 文化,因为它可能导致更高的细胞死亡百分比和多层 RPE 培养。
协议也有一些关键步骤。在获得一些经验之前,不应同时收获超过两只眼睛,因为长时间的解剖会导致细胞死亡的百分比更高。视神经必须切断之前,孵育与肌素。在不干扰 RPE 细胞的情况下处理眼杯至关重要,但视神经会被肌肽消化,这会导致 RPE 培养物中的杂质。必须小心地去皮掉眼部肌肉。如果硬膜穿孔,神经视网膜弹出,眼睛必须丢弃,因为RPE细胞将被损坏,将无法生存。应施加最小的压力来取出镜片。最好进行较大的角膜切口。眼杯必须打开并完全浸入肌肽中,以便所有 RPE 细胞都暴露在溶液中。RPE细胞必须通过眼杯的轻轻摇动来收集,并且绝不能通过喷洒介质或机械剥落它们来收集。
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Disclosures
作者宣称他们没有相互竞争的经济利益。
Acknowledgments
这项工作得到了麻省眼耳眼科基因组研究所的支持。
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 ml BD Luer-Lok tip syringe, disposable | BD Biosciences | 309604 | |
15 ml centrifuge tube | VWR International | 21008-103 | |
50 ml centrifuge tube | VWR International | 21008-951 | |
Alpha Minimum Essential Medium | Sigma-Aldrich | M4526-500ML | |
Angled micro forceps | WPI | 501727 | |
Bench-top centrifuge | any | ||
CO2 incubator | Thermo | HERA VIOS 160I CO2 SST TC 120V | |
Dissecting microscope | Any | ||
Dulbecco’s Phospate Buffered Saline no Calcium, no Magnesium | Gibco | 14190144 | |
Dumont #5 45° Medical Biology tweezers, 0.05 x 0.01 mm tip, 11 cm length | WPI | 14101 | |
Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023-500ML | |
Falcon Easy-Grip Clear Polystyrene Cell Culture Dish, 35mm | BD Biosciences | 353001 | |
Fetal Bovine Serum | Hyclone | SH30071.03 | Heat inactivated. |
Hank’s Balanced Salt Solution plus Calcium and Magnesium, no Phenol Red | Life Technologies | 14175095 | |
Hank’s Balanced Salt Solution plus Calcium and Magnesium, no Phenol Red B6 | Life Technologies | 14025092 | |
HEPES 1M | Gibco | 15630106 | |
Hyaluronidase | Sigma-Aldrich | H-3506 1G | |
Hydrocortisone | Sigma-Aldrich | H-0396 | |
Laminar flow hood | Thermo | CLASS II A2 4 115V PACKAGECLA | |
Laminin 1mg/ml | Sigma-Aldrich | L2020-1 MG | Dilute in PBS at 37C to 1mg/ml |
McPherson-Vannas Micro Scissors 8 cm long | WPI | 503216 | |
Non-essential amino acids 100X | Gibco | 11140050 | |
N1 Supplement 100X | Sigma-Aldrich | N6530-5ML | |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-148 | |
Sterile Bard-Parker Carbon steel surgical blade size 11 | Fisher-Scientific | 08-914B | |
Taurine | Sigma-Aldrich | T-0625 | |
Tissue culture treated 12-well plates | Fisher-Scientific | 08-772-29 | |
Tissue culture treated 6-well plates | Fisher-Scientific | 14-832-11 | |
Transwell supports 6.5 mm | Sigma-Aldrich | CLS3470-48EA | |
Triiodo-thyronin | Sigma-Aldrich | T-5516 | |
Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Gibco | 25200056 | |
Tweezer, Dumont #5 Medical Biology 11 cm, curved, stainless steel 0.02 x 0.06 mm Mod tips | WPI | 500232 | |
Vannas Scissors 8cm long, stainless steel | WPI | 501790 | |
Whatman Puradisc 25mm Syringe Filters 0.45μm pore size | Fisher-Scientific | 6780-2504 |
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