מאמר זה מתאר את ההליכים המשמשים להערכת הרעילות של קרינת UV ורעלים כימיים בקו תאים ראשוני ואימורטלי.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מאמר זה מתאר את ההליכים המשמשים להערכת הרעילות של קרינת UV ורעלים כימיים בקו תאים ראשוני ואימורטלי.
מאמר זה מתאר את השיטות למדידת הרעילות של קרינה אולטרה סגולה (UV) ורעלנים עיניים על תרביות תאי אפיתל ראשוניים (pHCEC) ומונצחים (iHCEC). התאים נחשפו לקרינת UV ולמינונים רעילים של בנזלקוניום כלוריד (BAK), מי חמצן (H 2 O2) וסודיום דודציל סולפט (SDS). הפעילות המטבולית נמדדה באמצעות בדיקה מטבולית. שחרור ציטוקינים דלקתיים נמדד באמצעות אינטרלוקין רב-תכליתי (IL)-1β, IL-6, IL-8 ובדיקת גורם נמק גידולי אלפא (TNF-α), והתאים הוערכו לכדאיות באמצעות צבעים פלואורסצנטיים.
ההשפעות המזיקות של UV על פעילות מטבולית של תאים ושחרור ציטוקינים התרחשו ב -5 דקות של חשיפה לקרינת UV עבור iHCEC ו -20 דקות עבור pHCEC. ירידות באחוזים דומים בפעילות המטבולית של iHCEC ו-pHCEC התרחשו לאחר חשיפה ל-BAK, H 2O2 או SDS, והשינויים המשמעותיים ביותר בשחרור ציטוקינים התרחשו עבור IL-6 ו-IL-8. מיקרוסקופיה של תאים שנחשפו ל-iHCEC ו-pHCEC שנחשפו ל-BAK עם כתמים פלואורסצנטיים הראתה מוות תאי בחשיפה של 0.005% ל-BAK, אם כי מידת צביעת האתידיום הייתה גדולה יותר ב-iHCEC מאשר ב-pHCECs. באמצעות שיטות מרובות להערכת השפעות רעילות באמצעות מיקרוסקופיה, הערכות של פעילות מטבולית וייצור ציטוקינים, ניתן לקבוע את הרעילות של קרינת UV ורעלים כימיים הן עבור קווי תאים ראשוניים והן עבור קווי תאים אימורטליים.
מחקרי טוקסיקולוגיה חוץ גופית מבוצעים כדי לחזות את ההשפעות הרעילות של כימיקלים וחומרים אחרים שיכולים לגרום נזק לתאים. בהערכת רעילות לקרנית, תאי אפיתל של הקרנית האנושית (HCECs) שימשו במודלים להערכת השפעות אלה 1,2,3,4. מודלים אלה בדרך כלל מעריכים השפעות פיזיולוגיות כגון שינויים בפעילות המטבולית של התא, התפשטות תאים, ותפקודי תאים אחרים כגון ייצור ושחרור של ציטוקינים דלקתיים. עבור מחקרים טוקסיקולוגיים אלה, תאים ממקורות שונים נבחרו כדי להעריך את ההשפעות המזיקות של כימיקלים וקרינת UV על HCECs 2,3. קווי pHCEC זמינים מחברות המספקות תאים אלה מרקמות תורם של מבוגרים. תאים ראשוניים ניתן לטפל עם dispase בעדינות לגרד את הקרנית עבור תרבית5. התאים נבדקים לאחר מכן עבור וירוסים וזיהום ולאחר מכן נשלח cryopreserved ב 10% dimethyl sulfoxide.
היתרון של קווי תאים ראשוניים הוא שהתאים זהים גנטית לתאי התורם. זה אידיאלי, כמו מודל in vitro צריך לחקות את רקמת in vivo ככל האפשר. החיסרון של קווי תאים ראשוניים הוא שיש להם מספר מוגבל של חלוקות תאים או מעברים6. מספר התאים המוגבל הזמין מגביל את מספר הניסויים שניתן לבצע בתרבית ראשונית אחת, ומייקר את עלות הניסויים.
קווי תאים אימורטליים שימשו גם במודלים של רעילות תרביות תאים. עם זאת, בניגוד לקו התאים הראשוני המתקבל מרקמת in vivo, קו התאים האימורטלי השתנה גנטית. תאים אימורטליים נוצרים על ידי שילוב גנים של וירוס בדנ"א של תאים ראשוניים 6,7,8. תאים עם שילוב מוצלח של גנים נגיפיים נבחרים לקו התאים האימורטלי. היתרון של אימורטליזציה הוא שהיא מאפשרת התפשטות מהירה ללא הגבלת זמן, ומספקת מספר בלתי מוגבל של תאים לביצוע ניסויים מרובים באמצעות אותו קו תאים. זה מאפשר עקביות בין ניסויים ומפחית את העלות.
בנוסף לשינויים בגנים שהגבילו את התפשטות התאים, שינויים בביטוי גנים בעלי פונקציונליות קריטית יכולים להתרחש גם9. לכן, החיסרון בשימוש בתאים אימורטליים הוא שהם עשויים כבר לא לייצג את תאי in vivo המקוריים מבחינת התגובה שלהם לגירויים חיצוניים שונים10. ההשוואות כללו התבוננות בהשפעות הרעילות של כימיקלים על קרטוציטים ראשוניים ואימורטליים של הקרנית האנושית11, כמו גם HCECs אימורטליים ותאים ראשוניים של אפיתל קרנית ארנבת12. ההשוואה בין ההשפעות של רעלים על קרטוציטים אנושיים ראשוניים לבין קרטוציטים אלמותיים לא הראתה הבדלים משמעותיים11. באמצעות השיטות המפורטות במאמר זה, תיקבע היעילות של בדיקות אלה להערכת הרעילות של קרינת UV ורעלני עיניים על pHCECs ו- iHCECs.
נבחרו שלושה רעלנים עיניים הנפוצים בבדיקות מבחנה: BAK, H 2 O2ו- SDS. BAK הוא חומר משמר קטיוני הנפוץ בתמיסות עיניים 13,14, H 2 O2משמש בדרך כלל לחיטוי עדשות מגע 15, ו-SDS הוא חומר פעילי שטח אניוני המצוי בדטרגנטים ושמפו 14. בדומה לרעלני עיניים, קרינת UV יכולה גם לגרום נזק משמעותי ל- HCECs3. בנוסף, חשיפת יתר לקרינת UV עלולה לגרום למצב עיני המכונה פוטוקרטיטיס המאופיין בתסמינים של קריעה, רגישות לאור ותחושת גרגריות16.
יש מספר בלתי מוגבל של תרביות תאים ראשוניות שניתן להשתמש בהן וקווי תאים אימורטליים שונים שפותחו. לכן, נערך מחקר כדי להשוות HCEC ראשוניים לקו HCEC אימורטלי כדי לקבוע דמיון והבדלים בין מודלים המשלבים סוגים אלה של תאים.
מחקר זה השתמש במיקרוסקופ כדי להעריך הבדלים אפשריים בין pHCECs ו- iHCECs על התגובה הפיזיולוגית של התא לקרינת UV ורעלנים. כמו כן נבדקו ההשפעות של קרינת UV וכימיקלים על הפעילות המטבולית של התא ושחרור ציטוקינים דלקתיים עבור שני קווי התא. החשיבות של קביעת ההבדלים בין שני קווי התאים היא להבין את השימוש המיטבי בקווי תאים אלה להערכה: 1) ההשפעה של קרינת UV על תאים, 2) ההשפעות של רעלים על תאים, 3) השינויים הנובעים מכך בחילוף החומרים, בכדאיות התא ובשחרור ציטוקינים בתאים למחקרים עתידיים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תרבות של pHCECs ו- iHCECs
2. קביעת גודל התא באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי
3. חשיפת תאים לקרינת UV
4. חשיפה של תאים לרעלים כימיים
5. בדיקת תאים שנחשפו לריכוזים שונים של BAK
6. ניתוח נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גודל תא
HCECs הראשוניים והמונצחים הודגמו באמצעות שלושה צבעים פלואורסצנטיים, המשקפים שלושה שלבים שונים של קיום התא. תאים חיים הם ירוקים (calcein-AM), תאים מתים הם אדומים (ethidium homodimer-1), ותאים אפופטוטיים הם צהובים (annexin V-מחשב מותאם צבע עבור הדמיה טובה יותר של אות פלואורסצנטי). תאים חיים מכילים אסטראזות בציטופלסמה של התא וממירים קלצאין-AM לקלצאין. לתאים מתים יש קרומי תאים חדירים לאתידיום הומודימר-1. לתאים אפופטוטיים יש כתמים בקרום התא מכיוון שפוספטידיל-סרין מועבר לקרום החיצוני.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הוערכו הבדלים פוטנציאליים בשימוש בשני סוגים של HCEC. התאים מוקמו באותו תווך (HOEM) בריכוזים זהים של תאים ולאחר מכן נחשפו לפרקי זמן קצרים וארוכים של קרינת UV ושלושה רעלנים עיניים. מינונים של קרינת UV וכימיקלים נבחרו על סמך ההשפעות הפיזיולוגיות שלהם, שהיו מזיקות מספיק לתאים כדי לייצר תגובות ביניים שניתן להשוות. זמני חשיפה של 5 ו-20 דקות לקרינת UV ו-5 ו-15 דקות למינונים שנבחרו של BAK (0.001%), SDS (0.0025%) ו-H 2 O2(0.01%) היו זמני חשיפה אידיאליים וריכוזים שהראו תגובות שונות באופן משמעותי בין התאים לבי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחבר, לינדון ו. ג'ונס, במהלך 3 השנים האחרונות, באמצעות CORE, קיבל תמיכה במחקר או הרצאות כבוד מהחברות הבאות: Alcon, Allergan, Allied Innovations, Aurinia Pharma, BHVI, CooperVision, GL Chemtec, i-Med Pharma, J&J Vision, Lubris, Menicon, Nature's Way, Novartis, Ophtecs, Ote Pharma, PS Therapy, Santen, Shire, SightGlass SightSage ו- Visioneering. לינדון ג'ונס הוא גם יועץ ו/או מכהן בוועדה מייעצת עבור Alcon, CooperVision, J&J Vision, Novartis ו-Ophtecs. למחברים האחרים אין מה לחשוף.
המחברים לא קיבלו מימון לעבודה זו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 75 ס"מ2 קורנינג בקבוק מאוורר | 354485 | זהו המותג BioCoat, מצופה קולגן | |
| 96 צלחת | באר costar | 3370 | |
| alamarBlue | Fisher Scientific | dal 1025 | |
| Annexin Staining Buffer Solution | Invitrogen, Burlington, ON, Canada | ||
| Annexin V | Invitrogen, Burlington, ON, מיקרוסקופ קנדה | ||
| Axiovert 100 עם מיקרוסקופ סריקת לייזר קונפוקלי Zeiss 510 מערכת | Carl Zeiss Inc., גרמניה | ||
| קורנינג 48 צלחות באר | קורנינג | 354505 | זהו המותג BioCoat, מצופה קולגן |
| Cytation 5 | BioTek | CYT5MPV | יכול לקרוא פלואורסצנטיות מ-280 - 700 ננומטר (לבדיקה 540/590) |
| היקון | סרום בקר עובריSH30396.03 | ||
| כיסויי תחתית זכוכית | תאגיד MatTek, אשלנד, מסצ'וסטס, ארה"ב | ||
| תאי אפיתל קרנית אנושיים | אוטווה | N/A | SV40 אימורטליים תאי אפיתל קרנית אנושיים מד"ר מ. גריפית (מכון מחקר העיניים של אוטווה, אוטווה, קנדה) ואופיינו גריפית M, אוסבורן R, מונגר R, שיונג X, דוילון CJ, לייקוק NL, חכים M, סונג Y, ווטסקי MA. מקבילות קרנית אנושיות פונקציונליות הבנויות מקווי תאים. מדע. 1999;286:2169-72. |
| אמצעי אפיתל עיניים אנושי (HOEM) עם התוספים הבאים: | Millipore, Billerica, MA, ארה" | SCMC001 | Epigro Base Media בתוספת 6 מ"מ L-גלוטמין, 0.002% EpiFactor O (תוסף מדיה תאית O במאמר) , 1.0 μ M אפינפרין, 0.4% אפיפקטור P (תוסף מדיה תאית P במאמר), 5 μ g/mL rh אינסולין, 5 μ גרם/מ"ל אפו-טרנספרין, ו-100 ננוגרם/מ"ל הידרוקורטיזון המיסוקצינט בצלוחיות תרבית מצופות קולגן-1 (BioCoat, Corning, Tewksbury, MA, ארה"ב). |
| Live Dead calcien and ethidium homodimer | Invitrogen, Burlington, ON, Canada | ||
| MesoScale Discovery (MSD) QuickPlex SQ 120 instrument | Rockville, MD, ארה"ב | ||
| MSD Human Proinflammatory Panel II (4-Plex) V-Plex assay | Rockville, MD, ארה"ב | ||
| פניצילין סטרפטומיצין | Gibco | 15140-122 | ריכוז פי 100 אז הוסף 1 מ"ל לכל 99 מ"ל של מדיה |
| תאי אפיתל ראשוניים בקרנית | Millipore, Billerica, MA, ארה"ב | SCCE016 | |
| קורא צלחות פלואורסצנטי SpectraMax רב בארות | מכשירים מולקולריים, Sunnyvale, CA, ארה"ב | ||
| TrypLE Express (פתרון ניתוק תאים) | Fisher Scientific | 12605036 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.