Cicatrización de heridas corneales de pez cebra: de la abrasión al análisis de imágenes de cierre de heridas

Summary

Este protocolo se centra en dañar la superficie ocular del pez cebra a través de la abrasión para evaluar el posterior cierre de la herida a nivel celular. Este enfoque explota una rebaba ocular para eliminar parcialmente el epitelio corneal y utiliza microscopía electrónica de barrido para rastrear los cambios en la morfología celular durante el cierre de la herida.

Abstract

Como la superficie transparente del ojo, la córnea es fundamental para una visión clara. Debido a su ubicación, este tejido es propenso a los insultos ambientales. De hecho, las lesiones oculares que se encuentran clínicamente con mayor frecuencia son las de la córnea. Si bien la cicatrización de heridas corneales se ha estudiado ampliamente en pequeños mamíferos (es decir, ratones, ratas y conejos), los estudios de fisiología corneal han descuidado otras especies, incluido el pez cebra, a pesar de que el pez cebra es un modelo de investigación clásico.

Este informe describe un método para realizar una abrasión corneal en el pez cebra. La herida se realiza in vivo en peces anestesiados utilizando una rebaba ocular. Este método permite una herida epitelial reproducible, dejando el resto del ojo intacto. Después de la abrasión, el cierre de la herida se controla en el transcurso de 3 h, después de lo cual la herida se reepiteliza. Mediante el uso de microscopía electrónica de barrido, seguida de procesamiento de imágenes, se puede investigar la forma de la célula epitelial y las protuberancias apicales para estudiar los diversos pasos durante el cierre de la herida epitelial corneal.

Las características del modelo de pez cebra permiten estudiar la fisiología del tejido epitelial y el comportamiento colectivo de las células epiteliales cuando el tejido es desafiado. Además, el uso de un modelo privado de la influencia de la película lagrimal puede producir nuevas respuestas con respecto a la respuesta corneal al estrés. Finalmente, este modelo también permite la delineación de los eventos celulares y moleculares involucrados en cualquier tejido epitelial sometido a una herida física. Este método se puede aplicar a la evaluación de la eficacia del fármaco en las pruebas preclínicas.

Introduction

Como la mayoría de los epitelios están en contacto con el entorno externo, son propensos a lesiones físicas, lo que los hace muy adecuados para el estudio de los procesos de curación de heridas. Entre los tejidos bien estudiados, la córnea es un modelo extremadamente útil en la investigación de los aspectos celulares y moleculares de la cicatrización de heridas. Como superficie externa transparente, proporciona protección física al ojo y es el primer elemento para enfocar la luz en la retina. Si bien la estructura y la composición celular de la retina difieren entre las especies¹, estos elementos de la córnea son generalmente similares en todos los ojos de tipo cámara, independientemente de la especie.

La córnea se compone de tres capas principales². La primera y más externa capa es el epitelio, que se renueva constantemente para garantizar su transparencia. La segunda capa es el estroma, que contiene células dispersas, llamadas queratocitos, dentro de una capa gruesa de fibras de colágeno estrictamente organizadas. La tercera capa más interna es el endotelio, que permite la difusión de nutrientes y líquidos desde la cámara anterior a las capas externas. Las células epiteliales y estromales interactúan a través de factores de crecimiento y citoquinas³. Esta interacción se pone de manifiesto por la rápida apoptosis y posterior proliferación de queratocitos tras lesión epitelial ^4,5. En caso de una herida más profunda, como una punción, los queratocitos toman parte activa en el proceso de curación⁶.

Al estar en contacto con el entorno externo, las lesiones físicas corneales son comunes. Muchos de ellos son causados por pequeños objetos extraños⁷, como arena o polvo. El reflejo del frotamiento ocular puede dar lugar a abrasiones epiteliales extensas y remodelación corneal⁸. De acuerdo con el tamaño y la profundidad de la herida, estas lesiones físicas son dolorosas y tardan varios días en sanar⁹. Las características óptimas de cicatrización de heridas de un modelo facilitan la comprensión de los aspectos celulares y moleculares del cierre de heridas. Además, tales modelos también han demostrado ser útiles para probar nuevas moléculas con el potencial de acelerar la curación corneal, como se demostró previamente^10,11.

El protocolo descrito aquí tiene como objetivo utilizar el pez cebra como un modelo relevante para estudiar la lesión física corneal. Este modelo es muy conveniente para los estudios de cribado farmacológico, ya que permite que las moléculas se agreguen directamente al agua del tanque y, por lo tanto, entren en contacto con una córnea curativa. Los detalles proporcionados aquí ayudarán a los científicos a realizar sus estudios sobre el modelo de pez cebra. La lesión in vivo se realiza con una rebaba ocular opaca. El impacto en las células epiteliales adyacentes o a distancia de él se puede analizar eliminando específicamente el epitelio corneal central. En los últimos años, numerosos informes se centraron en dicho método en la córnea de roedores 12,13,14,15,16,17; sin embargo, hasta la fecha, sólo un informe ha aplicado este método al pez cebra¹⁸.

Debido a su simplicidad, la herida física es útil para delinear el papel de las células epiteliales en el cierre de la herida. Otro modelo bien establecido de lesión corneal es la quemadura química, especialmente la quemadura alcalina 19,20,21. Sin embargo, tal enfoque daña indirectamente toda la superficie del ojo, incluida la córnea periférica y el estroma corneal¹⁹. De hecho, las quemaduras alcalinas potencialmente inducen úlceras corneales, perforaciones, opacificación epitelial y neovascularización rápida²², y el resultado incontrolable de las quemaduras alcalinas descalifica ese enfoque para los estudios generales de cicatrización de heridas. También se utilizan muchos otros métodos para investigar la cicatrización de heridas corneales de acuerdo con el enfoque particular del estudio en cuestión (por ejemplo, desbridamiento epitelial completo²³, la combinación de lesiones químicas y mecánicas para heridas de espesor parcial²⁴, ablación con láser excímero para heridas que se extienden hasta el estroma²⁵). El uso de una rebaba ocular restringe el punto focal a la respuesta epitelial a la herida y proporciona una herida altamente reproducible.

Al igual que con cada método de infligir heridas, el uso de una rebaba ocular tiene ventajas y desventajas. La principal desventaja es que la respuesta es en su mayoría epitelial, no refleja perfectamente las abrasiones observadas en el entorno clínico. Sin embargo, este método tiene numerosas ventajas, incluida la facilidad con la que se puede configurar y realizar, su precisión, su reproducibilidad y el hecho de que no es invasivo, lo que lo convierte en un método bien tolerado por los animales.

Protocol

Todos los experimentos fueron aprobados por la junta nacional de experimentación con animales. 1. Preparativos Prepare la solución madre de tricaína utilizada para la anestesiacon 26 de anticipación (solución madre al 0,4% utilizada en este protocolo). Use guantes y mantenga los materiales en una campana de humos siempre que sea posible. Para 50 ml de una solución al 0,4%, pesar 200 mg de polvo de tricaína en un tubo de 50 ml. D…

Representative Results

Este estudio describe un método que utiliza una rebaba oftálmica en experimentos de curación de heridas corneales de pez cebra. El método se modifica a partir de estudios previos en ratones, donde se demostró que la rebaba elimina las capas de células epiteliales de manera eficiente13. Los desafíos en la herida corneal del pez cebra incluyen el tamaño relativamente pequeño del ojo y, en el caso de experimentos que consumen mucho tiempo, la necesidad de mantener un flujo constante de agua …

Discussion

Las lesiones físicas corneales son la causa más común de visitas de pacientes oftalmológicos al hospital. Por lo tanto, es importante establecer modelos relevantes para el estudio de diferentes aspectos de la fisiopatología corneal. Hasta ahora, el ratón es el modelo más utilizado para el estudio de la cicatrización de heridas corneales. Sin embargo, agregar gotas para los ojos en los ojos heridos murinos para validar el impacto de medicamentos específicos en la cicatrización de heridas corneales puede ser dif?…

Materials

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