本方案描述了一种在小鼠眼部表面造成擦伤并随后观察其伤口愈合过程的方法。该方案利用眼部钻头,在麻醉小鼠状态下部分去除眼表上皮。
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本方案描述了一种在小鼠眼部表面造成擦伤并随后观察其伤口愈合过程的方法。该方案利用眼部钻头,在麻醉小鼠状态下部分去除眼表上皮。
小鼠角膜是研究伤口愈合的优良模型。角膜是眼睛的最外层,因此是抵御损伤的第一道防线。事实上,临床上最常见的眼部损伤是角膜擦伤。在此,我们利用眼科钻头在麻醉小鼠体内诱导角膜上皮擦伤,从而去除角膜上皮in vivo。该方法可实现靶向且可重复的上皮破坏,同时保持其他区域完整。此外,我们描述了使用荧光素染色对受损上皮进行可视化,并提供了观察受损角膜的具体建议。随后,我们在擦伤后0、18和72小时追踪伤口愈合的时间进程,直至伤口完成再上皮化。角膜损伤的上皮擦伤模型非常适合研究角膜层上皮细胞的增殖、迁移及再上皮化过程。然而,该方法并不适用于研究伤口愈合过程中基质层的激活,因为眼科钻头不会穿透至基质细胞层。该方法也适用于临床应用,例如药物疗效的临床前测试。
许多器官的上皮层都会受到损伤,但它们也具备通过伤口愈合来补偿组织缺损的能力。角膜是研究伤口愈合的极佳模型。它构成眼睛的外表面,为敏感的眼部结构提供保护层,因此角膜可作为抵御病原体和防止水分流失的物理屏障。角膜由三层结构组成:上皮层、基质层和内皮层。角膜上皮层构成角膜的最外层。上皮细胞通过紧密连接彼此牢固黏附,从而维持角膜的屏障功能1,2,3。一层无细胞的角膜基底膜,即Bowman膜,将上皮层与含有大量角质细胞的基质层分隔开来。在基质层下方,内皮细胞负责向上层组织输送营养物质、水分和氧气。
角膜擦伤在临床上非常常见4。角膜损伤类型多样,但大多由微小颗粒(如灰尘或沙粒)、划伤或其他异物引起。本文所述方案旨在复制一种具有临床相关性的角膜上皮擦伤类型,为临床医生和角膜研究人员提供一种可控且具有重要意义的方法,可用于其自身研究中。我们通过使用钝化的 Algerbrush II 眼科钻头对小鼠角膜组织进行擦伤,实施了体内损伤修复检测。在此过程中,我们仅针对中央角膜上皮造成擦伤,而保留器官其他部分不受损伤。因此,该方案非常适合用于研究体内角膜上皮细胞动态或再上皮化过程中的基底膜变化、细胞迁移、增殖和分化5。最近,该模型已被用于分析小鼠角膜中前体细胞的动态行为,并揭示分化后的角膜上皮细胞在损伤后重建角膜干细胞微环境的能力6,7。擦伤后,角膜可恢复其正常的透明性和抗张强度。有趣的是,一项体外研究表明,再上皮化过程并不伴随细胞增殖的增加8。本方案描述了小鼠角膜连续愈合的时间进程,因此适用于检测药物对愈合模式和速度的影响。
角膜已被广泛用于伤口愈合研究。然而,许多研究依赖于其他类型的损伤模型。一种成熟的角膜损伤模型是碱性烧伤,该模型通过将氢氧化钠(NaOH)直接或借助滤纸作用于角膜表面来建立。9碱性物质暴露会导致大范围且弥散的损伤,不仅影响角膜上皮,还累及结膜和基质9,10强碱性溶液已被证实可诱发角膜溃疡、混浊和新生血管形成9炎症细胞通常在6小时内侵入间质,并持续停留至24小时11因此,碱性损伤是研究基质活化的适宜方法。另一种化学损伤可通过将二甲基亚砜(DMSO)作用于角膜而造成。9,10其他常用的损伤模型包括穿透基质层的切口性伤口和仅限于基质层上部的角膜切除伤口。14,15这些方法还可用于解答有关间质性伤口愈合的问题。不同的损伤模型各有其优缺点。角膜上皮刮除或清创最初是使用钝化的手术刀片或刀具进行的 离体 角膜16该方法此后被用于 体内 在小鼠、大鼠和兔中17,18,19,20,21,22. 使用眼用钻头(图1),我们仅去除上皮层的特定区域,而保留其余上皮组织不受影响。通过这种方法,可精确地针对角膜不同部位进行上皮清除。此外,可利用荧光素染色评估擦伤面积。同时,本文还追踪记录了愈合期间擦伤区域的闭合过程。
该方法具有多项优势:i)可精确定位擦伤部位,而化学损伤法无法做到这一点;ii)擦伤操作快速;iii)属于非侵入性方法。本文以远交系NMRI小鼠作为模型描述该方法,但该方法也可应用于多种小鼠遗传模型,以及常用于研究人类角膜损伤的大鼠和兔模型。
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所有实验均获得国家动物实验委员会的批准。
1. 准备工作
2. 角膜擦伤
警告:处理小鼠时需穿戴防护装备(手套、实验服)。称量小鼠体重以估算给药体积。
3. 成像磨损区域
4. 角膜擦伤后的苏醒
5. 伤口愈合过程中的成像
6. 角膜采集与石蜡包埋
7. 角膜的石蜡切片
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本方案描述了一种对小鼠角膜造成擦伤损伤的模型,并介绍了如何追踪和观察擦伤后的愈合过程。近期,我们采用该方法研究了角膜上皮前体细胞在伤口愈合中的作用6。使用成熟工具是成功开展擦伤实验的关键。我们及其他研究者曾使用Algerbrush II角膜磨头(图1)进行擦伤操作6,7,24。该工具的磨头尖端已钝化,尺寸为0.5 mm,其作用方式为刷除而非钻取或剪切角膜上皮。因此,该工具是实施角膜擦伤损伤的推荐选择。
该模型的一个核心特点是,可以在所需时间点轻松观察到受影响区域。在图3A中,我们展示了使用荧光素染色结合...
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损伤方法是研究角膜稳态和病理学不同方面的常用工具。擦伤模型为解决眼科学中的相关问题提供了一种控制良好的方法。然而,该实验方案中某些关键步骤值得强调。需要注意的是,文中所述有关兽医用药、伤口愈合时间线及结果的细节,均针对远交系NMRI和ICR品系小鼠进行了优化,但在不同小鼠品系之间可能会有所差异26。根据本方案,实验动物将保持麻醉状态约20分钟,这为实施擦伤操作提供了短暂但充足的时间窗口。然而,在使用眼部钻头时,实际进行擦伤操作非常迅速,完全可在该时间范围内完成。
简便且易于实现的可视化是磨损模型的主要优势之一。结合分子生物学方法,这为深入研究上皮细胞提供了可能。磨损后的角膜可进行组织学或免疫学染色,也可进一步收集并检测其中的蛋白质或核酸。Pajoohesh-Ganji 等 研究表明,使用钝化刀片造成角膜损伤后,角膜上皮细胞中的基因表达模式会发生改变27。为确保采样的可控性,我们建议在手术后立即拍摄损伤区域的图像,并严格按照预定时间点进行样本采集。
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作者无任何利益冲突需要披露。
我们非常感谢 Kaisa Ikkala 在实现本方法过程中以及后续将其应用于我们的核心研究问题时所提供的宝贵技术支持和富有洞见的帮助。我们还要感谢实验动物中心以及 Anna Meller 在制定兽医工作指南规划方面给予的帮助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| NMRI 小鼠 | Envigo | 275 | |
| 0.9% NaCl | 使用无菌 | ||
| 美托咪啶 | Vetmedic | Vnr087896 | 商品名:Cepetor Vet |
| 氯胺酮 | Intervet | Vnr511485 | 商品名:Ketaminol Vet |
| 丁丙诺啡 | Invidior | 3015248 | 商品名:Temgesic |
| 阿替美唑 | Orion Pharma | Vnr471953 | 商品名:Antisedan Vet |
| 卡洛芬 | Norbrook | Vnr027579 | 商品名:Norocarp Vet |
| 1% 夫西地酸眼膏 | Dechra | Vnr080899 | 商品名:Isathal |
| 荧光素钠盐 | Sigma-Aldrich | F6377 | |
| 磷酸盐缓冲液 | PBS | ||
| Algerbrush II 眼科磨头(0.5 mm 尖端) | Algerbrush | 6.39768E+11 | |
| 钴蓝笔式灯 | SP Services | DE/003 | |
| 热板仪 | Kunz Instruments | 2007-0217 | |
| 数码单反相机 | Nikon | D80 | |
| 可调式相机支架和夹具 | Neewer | 10086132 | 高度 28 cm |
| 带柔性臂和夹具的台灯 | Prisma | ||
| 软质擦拭纸 | KimtechScience | 7552 | |
| CO2 麻醉舱 | |||
| 解剖工具组 | Fine Science Tools | ||
| 注射器 | Beckton Dickinson | 303172 | |
| 26G 针头 | Beckton Dickinson | 303800 | |
| 2 mL Eppendorf 管 | Sarstedt | 689 | |
| 组织包埋盒 | Sakura Finetech | 4118F | |
| 组织处理机 ASP200S | Leica | ||
| 二甲苯 | VWR | UN1307 | |
| 石蜡 | Millipore | K95523361 | |
| 组织包埋模具 32 × 25 × 6 mm | Sakura Finetech | 4123 | |
| 切片机 | Microm | HM355 | |
| 切片用水浴锅 | Orthex | 60591 | |
| 切片用水浴锅 | Leica | HI1210 | |
| 切片机刀片 | Feather | S35 | |
| 载玻片 | Th.Geyer GmbH & Co. | 7,695,019 | |
| 超纯水 | Millipore | MPGP04001 | MilliQ |
| 多聚甲醛 | Sigma-Aldrich | 158127 | PFA |
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