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Der Zweck der Aktualisierung dieses Protokolls bestand darin, die Schritte von der Isolierung der Explantate bis zur Bildgebung der lebenden und fixierten Cochlea-Zellen zu rationalisieren. Wir haben einige Schritte während der Isolierung verbessert und einige innovative Werkzeuge eingeführt, mit dem Ziel, ein effizientes und reibungslos funktionierendes Protokoll zu etablieren, um qualitativ hochwertige Explantaten zu erhalten. Bei dem beschriebenen Verfahren handelt es sich um ein optimiertes Protokoll aus früheren Berichten 4,5. Darüber hinaus fehlt in einigen aktuellen Studien ein schrittweise aktualisiertes Protokoll. Mit vereinfachten Explantatkulturschritten bietet dieses Protokoll die einfache Handhabung gut erhaltener Explantate, was für reproduzierbare Daten unerlässlich ist. Die Einführung von Multi-Well-Kammern mit einem Polymer-Deckglas für Innenohr-Explantaten verbessert die Organbefestigung und die Erhaltung intakter Explantate. Hier stellen wir einige Beispiele von Experimenten unter Stressbedingungen vor, um zu zeigen, dass die Organe in Kultur ihre zelluläre Organisation trotz des Verlustes von Haarzellen und der Schädigung der Neuriten beibehalten.
Eine der Herausforderungen bei der Kultivierung von Innenohrorganen besteht darin, die Ablösung und das Aufschwimmen der Organe zu vermeiden, da dies die Integrität der Explantate, das Ansprechen auf die Behandlung und die nachfolgenden Untersuchungen beeinträchtigt. Zuvor wurden Explantaten auf Glasdeckgläsern 4,5 kultiviert. Obwohl die Kultur auf Glasoberflächen eine gute Alternative zu sein scheint, ist die Beschichtung des Glases zeitaufwändig, und die Deckgläser selbst sind zerbrechlich und empfindlich. Ein alternatives Protokoll mit Millicell-Zellkultur-Inserts versucht, dieses Problem zu lösen6. Das Schneiden und Übertragen der Membran mit den Explantaten scheint jedoch ein heikler Schritt in diesem Protokoll zu sein. Darüber hinaus können die Explantate während der Montage und Versiegelung des Deckglases beschädigt werden. In unserem vorgeschlagenen Ansatz ist nach dem Transfer der Explantaten in die mit Poly-D-Lysin beschichteten Kammern und der richtigen Position kein weiterer Transfer oder Abdecken mit Deckgläsern erforderlich. Ein weiterer Vorteil dieses Protokolls ist die Verwendung von Kammern mit einem dünnen, gasdurchlässigen Polymer-Deckglas, das optimale Kulturbedingungen für die Organexplantate bietet. Dieses Polymer hat eine glasähnliche optische Qualität und eignet sich daher für die Zellbildgebung in der hochauflösenden Mikroskopie.
Die Zugabe von Serum zum Medium wird in den meisten Protokollen für Zell- und Gewebekulturen verwendet, einschließlich der Kultur von Innenohrexplantaten mit 1%-10% FBS 4,5,6,16. Das Vorhandensein von Serum beeinflusst die Kulturbedingungen der Experimente; Daher wird in bestimmten Situationen die Kultur ohne Serum bevorzugt. Das Fehlen von Serum in der Kultur der Cochlea-Explantate wurde entweder durch die Zugabe von N2 zu DMEM oder durch die Zugabe von N2 zu Neurobasal-A-Medium 5,6 ersetzt. In diesem Zusammenhang haben wir die Kulturbedingungen der Explantate mit und ohne Serum getestet. Unter beiden Bedingungen waren die Innenohrzellen vital und reagierten auf ototoxische Bedingungen. Wir haben diese Bedingungen 72 Stunden lang getestet, aber die Explantate können noch länger in Kultur gehalten werden, insbesondere wenn sie mit serumfreiem Medium zusammen mit N2, B27 und Wachstumsfaktoren inkubiert werden, wie in anderen Studien vorgeschlagen 5,16.
Neben den allgemeinen kritischen Schritten bei der Isolierung von Innenohrexplantaten, wie z.B. der Dauer der Organisolierung und des verwendeten Antibiotikums, gibt es auch einige kritische Schritte in diesem Protokoll, die jedoch überschaubar sind. Einer der kritischen Schritte bei dieser Methode bezieht sich auf das Volumen des Mediums, das nach dem Einsetzen des Organs in der Kammer verbleibt. Dies wurde optimiert, um die Explantaten am Leben zu erhalten und an der Unterseite zu befestigen. Ein weiterer kritischer Schritt bezieht sich auf die Inkubationszeit, die erforderlich ist, damit sich die Explantaten am Boden der Kammer anheften können. Inkubationszeiten von mehr als 2 h mit wenigen Mikrolitern Medium können die Gesundheit der Explantate beeinträchtigen. Kürzere Inkubationszeiten, wie z.B. 1 h, können ebenfalls verwendet werden, solange darauf geachtet wird, dass sich die Explantaten nicht ablösen. Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Rückstände von Poly-D-Lysin. Die Waschschritte von Poly-D-Lysin sollten strikt eingehalten werden, da Rückstände des Bromidsalzes von Poly-D-Lysin für die Zellen giftig sein können. Nachdem die Waschschritte genau befolgt wurden, erleichtert die Beschichtung mit Poly-D-Lysin die reibungslose Haftung der Explantate an den Kammern, so dass die Position korrigiert werden kann, bevor sie fest am Boden der Kammer haften.
Eine der Einschränkungen dieser Methode ist die Abbildung von Zellen mit aufrechter Mikroskopie. Dies könnte ein wichtiges Thema für Labore mit inversen Mikroskopen sein. Objektträger mit herausnehmbaren Silikonkammern können für die aufrechte und inverse Mikroskopie verwendet werden; Unsere Beschichtungsbedingungen mit Poly-D-Lysin müssen jedoch zuerst getestet werden. Eine weitere Einschränkung ist die Lagerung der Kammern, da die Einsätze nicht herausnehmbar sind und die Gesamthöhe einer Kammer mit Deckel fast 11 mm beträgt, verglichen mit der Höhe von 1 mm eines Standard-Objektträgers. Die 8-Well-Kammer benötigt jedoch weniger Platz als die 4-Well-Platten, die vor16 vorgeschlagen wurden.
Wir präsentieren hier Bilder, die mit zwei Mikroskopen aufgenommen wurden. Während das konfokale Punkt-Scanning-Mikroskop aufgrund seines dünnen optischen Querschnitts hochauflösende Bilder von Geweben liefert, bietet das konfokale Spinning-Disk-Mikroskop eine schnellere Abbildungszeit bei guter Auflösung. Die Stereozilien der inneren Haarzellen (IHCs) und der äußeren Haarzellen (OHCs) werden mittels konfokaler Mikroskopie sichtbar gemacht. Da die Stereozilien von IHCs größer sind als die von OHCs, wurden sie in dieser Arbeit wiederholt und gut visualisiert. Bei OHC-Stereozilien können andere alternative Mikroskope die Visualisierung verbessern, wie z. B. die Super-Resolution-Mikroskopie (SRM). Die mit dem Spinning-Disk-Mikroskop aufgenommenen Explantatbilder sind ausreichend für die einfache Integration der automatisierten Haarzellzählung unter Verwendung eines Deep-Learning-Ansatzes12. Darüber hinaus ist die kurze Aufnahmezeit wichtig für Experimente mit lebenden Zellen und Geweben. Darüber hinaus ist dieses Protokoll nicht auf neonatale Cochlea-Explantate beschränkt. Mit einigen Optimierungen können auch andere Explantaten wie vestibuläre Organe oder embryonales Gewebe kultiviert werden.
Die Quantifizierung von Cochlea-Zellen, wie Haarzellen und Neuronen, in vitro ist wichtig für die Beurteilung der Zelllebensfähigkeit und damit des Prozentsatzes der beschädigten oder verlorenen Zellen. Untersuchungen von Signalwegen und Zellfunktionen helfen, die Mechanismen von Tod und Überleben aufzudecken. Untersuchungen von embryonalem und neonatalem Cochlea-Gewebe sind nützlich, um die Entwicklungsstadien der Cochlea zu untersuchen. Daher wird dieses Protokoll dazu beitragen, In-vitro-Studien von Innenohr-Explantaten zu optimieren, z. B. um ototoxische Modelle zu erstellen, Entwicklungsstadien zu untersuchen, Signalwege zu bewerten und Wirkstoff-Screening-Studien durchzuführen.