העבודה הנוכחית מתארת פרוטוקול ניסיוני חדשני המשתמש במחזיק מודפס בתלת-ממד כדי לאפשר הדמיית תאים חיים ברזולוציה גבוהה של גלובוסים דחוסים. באמצעות פרוטוקול זה, ניתן לצפות בפעילות איתות הסידן התאי באפיתל קרנית פצועה מגלובוסים ex vivo בזמן אמת.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
העבודה הנוכחית מתארת פרוטוקול ניסיוני חדשני המשתמש במחזיק מודפס בתלת-ממד כדי לאפשר הדמיית תאים חיים ברזולוציה גבוהה של גלובוסים דחוסים. באמצעות פרוטוקול זה, ניתן לצפות בפעילות איתות הסידן התאי באפיתל קרנית פצועה מגלובוסים ex vivo בזמן אמת.
ריפוי פצעי אפיתל בקרנית הוא תהליך נדידה היזום על ידי הפעלת קולטנים פורינרגיים המתבטאים בתאי אפיתל. הפעלה זו גורמת לאירועי גיוס סידן המתפשטים מתא לתא, החיוניים לייזום תנועתיות תאית לתוך מיטת הפצע, ומקדמים ריפוי פצעים יעיל. מעבדת טרינקאוס-רנדל פיתחה מתודולוגיה להדמיית תגובת ריפוי פצעי הקרנית בגלובוסים ex vivo murine בזמן אמת. גישה זו כוללת הרטבת גלובוס שלם מעכבר שעבר המתת חסד על פי פרוטוקולים שנקבעו ומיד דגירה של כדור הארץ באמצעות צבע מחוון סידן. בשלב זה ניתן ליישם כתם נגדי שמכתים תכונות אחרות של התא כדי לסייע בהדמיה ולהראות ציוני דרך תאיים. הפרוטוקול עבד היטב עם מספר צבעים שונים של תאים חיים המשמשים להכתמה נגדית, כולל אקטין SiR לצביעת אקטין וכתם קרום פלזמה אדום עמוק כדי להכתים את קרום התא. כדי לבחון את התגובה לפצע, אפיתל הקרנית נפגע באמצעות מחט 25 גרם, והגלובוסים ממוקמים במחזיק מודפס בתלת מימד. הממדים של המחזיק המודפס בתלת-ממד מכוילים כדי להבטיח אימוביליזציה של כדור הארץ לאורך כל משך הניסוי, וניתן לשנותם כך שיתאימו לעיניים בגדלים שונים. הדמיית תאים חיים של תגובת הפצע מבוצעת באופן רציף בעומקים שונים ברחבי הרקמה לאורך זמן באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית. פרוטוקול זה מאפשר לנו להפיק תמונות ברזולוציה גבוהה ובאיכות פרסום באמצעות מטרה אווירית של פי 20 במיקרוסקופ קונפוקלי. מטרות אחרות יכולות לשמש גם עבור פרוטוקול זה. הוא מייצג שיפור משמעותי באיכות הדמיית התאים החיים בגלובוסים ex vivo murine ומאפשר זיהוי של עצבים ואפיתל.
קרנית
הקרנית היא מבנה שקוף ואווסקולרי המכסה את המשטח הקדמי של העין אשר שובר את האור כדי לאפשר ראייה ומגן על פנים העין מפני נזק. מכיוון שהקרנית חשופה לסביבה, היא רגישה לנזקים הן מסיבות מכניות (גירוד) והן מזיהום. פגיעה בקרנית אצל חולה בריא בדרך כלל מחלימה תוך 1-3 ימים. עם זאת, בחולים עם מחלות רקע, כולל מחסור בתאי גזע לימבליים וסוכרת מסוג II, תהליך הריפוי של פצעי הקרנית יכול להיות ממושך מאוד1. מכיוון שהקרנית מאוד מופנמת, כיבים אלה שאינם מרפאים את הקרנית ושחיקות חוזרות ונשנות של הקרנית כואבים מאוד ופוגעים מאוד באיכות החיים של המטופלים החווים אותם1.
איתות תאי
כאשר קרנית בריאה נפגעת, אירועי איתות סידן בתאים הסמוכים לפצע מקדימים וגורמים לנדידה תאית לתוך מיטת הפצע, שם הם סוגרים את הפציעה ללא סיכון של הצטלקות 2,3. אירועי איתות אלה אופיינו היטב במודלים של תרביות תאי אפיתל בקרנית באמצעות הדמיית תאים חיים2. ניסויים ראשוניים הדגימו איתות סידן גבוה יותר באופן משמעותי לאחר פציעה בתאים שאינם סוכרתיים בהשוואה לתאים סוכרתיים. עם זאת, אפיון אירועי האיתות הסלולרי בגלובוסים ex vivo התגלה כאתגר טכני.
הדמיית תאים חיים
מחקרים קודמים תיעדו בהצלחה אירועי איתות סידן ממודלים של תרביות תאים במבחנה של ריפוי פצעי בקרנית 4,5,6. פיתוח מתודולוגיה להפקת תמונות באיכות גבוהה של אירועי איתות אלה ברקמת ex vivo הוא עניין רב מכיוון שהוא יאפשר לחקור אירועים אלה במערכת מורכבת ונאמנה יותר לחיים. גישות קודמות כללו כריתה של הקרנית ואחריה אימוביליזציה בג'ל PEGהמושרה על ידי UV 7,8,9. אימוביליזציה היא צעד חיוני אך מאתגר בעבודה עם רקמות חיות, מכיוון שהיא חייבת להישאר בת קיימא ולחות לאורך כל הניסוי. יתר על כן, אסור שאימוביליזציה תפגע ברקמה. בעוד שתמיסת PEG שיתקה את הרקמה, הרזולוציה והאיכות של התמונות שהופקו לא היו עקביות. לכן, מחזיקי הדפסה בתלת-ממד פותחו כדי לשתק גלובוסים שלמים כדי להפיק תמונות באיכות גבוהה יותר עם פחות סיכון לנזק לרקמות.
הגישה
מחזיק ייחודי המודפס בתלת-ממד פותח כדי לשתק גלובוסים שלמים של ex vivo להדמיית תאים חיים. מחזיק זה מונע נזק משני מקורות עיקריים: הוא מאפשר הדמיה של כדור הארץ ללא צורך לנתח את הקרנית, והוא מבטל את החשיפה לאור UV. ללא מקורות נזק אלה, התמונות שהתקבלו ייצגו בצורה מדויקת יותר את התגובה לפציעות השריטות שנעשו בניסוי. יתר על כן, המחזיק שהודפס בתלת-ממד כויל לממדים המדויקים של עין המורין. זה סיפק התאמה טובה בהרבה מאשר אימוביליזציה בפתרון PEG, מה שהוביל לתמונה באיכות גבוהה יותר ביעדים בעלי עוצמה נמוכה יותר עקב ירידה בתנועת הרקמות. פס כיסוי המחובר לחלק העליון של המחזיק מבטיח כי הגלובוס נשאר ללא תנועה לאורך כל משך הניסוי וכי אין תזוזה של הגלובוס כאשר מדיית הצמיחה מוחלת כדי לשמור על הידרציה וכדאיות. היכולת להדפיס את המחזיק למידות מדויקות מאפשרת לנו גם לייצר התאמה אופטימלית לעיניים מורין בגדלים שונים בשל הגיל או מצב המחלה. טכנולוגיה זו יכולה להיות מיושמת באופן רחב יותר כדי לפתח מחזיקים לעיניים של מינים שונים בהתבסס על מידותיהם.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ההליכים המערבים נבדקים מן החי אושרו על ידי האגודה למחקר בראייה ורפואת עיניים לשימוש בבעלי חיים בטיפול עיניים ומחקר ראייה ופרוטוקול IACUC של אוניברסיטת בוסטון (201800302).
1. עיצוב המחזיקים ופס העטיפה המודפסים בתלת מימד
2. איסוף דגימות
3. הכנת מחזיקי המדגם
4. פצע של גלובוסים בעין
5. מיקום המדגם על המחזיק
6. הדמיה לדוגמה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה שימש להפקה עקבית של נתונים ותמונות באיכות פרסום10. התמונות המתקבלות מייצגות שיפור משמעותי בהשוואה לגישות קודמות (איור 2). באמצעות המחזיק המודפס בתלת-ממד, ניתן לצלם תמונות לאורך שכבות הקרנית, וניתן לצפות בגיוס סידן במישורי z שונים (איור 3). גישה זו שימשה להשוואת איתות תאי בין שכבות תאי apical ו- basal בפצע בעכברים צעירים ומבוגרים10.
היציבות המשופרת אפשרה גם הדמיה של גלובוסים ל...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה מתאר טכניקת הדמיה של תאים חיים המשתמשת במחזיק מודפס בתלת-ממד כדי לייצב ולשתק עיניים שלמות של בעלי חיים. הוא נועד לעקוף מספר חסרונות משמעותיים המוכרים בפרוטוקולי הדמיה קודמים של תאים חיים של רקמת קרנית ex vivo . פרוטוקול זה מציע יתרונות רבים להדמיית תאים חיים של גלובוסים שלמים. הוא מפחית באופן משמעותי נזק מיותר לרקמות שעלול להפריע לתגובת ריפוי הפצע לפצעי שריטה שנגרמו בניסוי. זה כולל פגיעה בעצבים ובאפיתל כתוצאה מדיסקציה וחשיפה לאור UV. יתר על כן, פרוטוקול זה מקל על הידרציה וכדאיות של רקמות על ידי שיתוק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אין לנו ניגודי עניינים לחשוף.
ברצוננו להודות ל-NIH על תמיכת המענק הבאה: RO1EY032079 (VTR), R21EY029097-01 (VTR), 1F30EY033647-01 (KS) ו-5T32GM008541-24 (KS). ברצוננו להודות גם לקרן לחקר העיניים של אריות מסצ'וסטס ולקרן השתלות הקרנית של ניו אינגלנד.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1.75 חומצה פולילקטית כחולה (PLA) פלסטיק | Creality (שנזן, סין) | N/A | חומר למחזיק |
| צלחת 35 מ"מ, מס' 1.5 כיסוי, קוטר זכוכית 14 מ"מ, מצופה פולי-D-ליזין | MatTek Corporation (אשלנד, MA) | P35GC-1.5-14-C | היטב להדמיה. |
| תוכנת Autodesk Fusion 360 | Autodesk (סן רפאל, קליפורניה). | תוכנה | המשמשת להדפסת המחזיקים. |
| BD 25 G 7/8 מחטים סטריליות לשימוש חד פעמי 100 מחטים/קופסה | Thermo Fisher Scientific (וולת'אם, MA) | 305124 | לפצעים המושרים בניסוי לגלובוס |
| CellMask DeepRed | Invitrogen (קרלסבד, קליפורניה) | C10046 | כתם נגד קרום התא. מחוון סידן. ריכוז 1:10,000 עם ריכוז סופי של 1% (v/v) DMSO ו-0.1% (w/v) חומצה פלורונית |
| Complete Home Super Glue | Walgreens (Deerfield, IL) | N/A | לחיבור המחזיק לבאר ההדמיה |
| מדפסת תלת מימד Ender 3 Pro | Creality (שנזן, סין) | N/A | להדפסת המחזיק |
| FIJI/ImageJ | ImageJ (Bethesda, MD) | מספר רישיון: GPL2 | תוכנה המשמשת לאישור עקביות של עומק וקוטר הפצע בין גלובוס עצמאי באמצעות ניתוח אזור עניין |
| Fluo-4 | Invitrogen (Carlsbad, CA) | F14201 | מחוון סידן. ריכוז 1:100 עם ריכוז סופי של 1% (v/v) DMSO ו-0.1% (w/v) חומצה פלורונית |
| ג'יבקו בינוני ללא קרטינוציטים | (וולת'ם, מסצ'וסטס 17005042 | 25 מ"ג/מ"ל תמצית יותרת המוח בקר, 0.02 ננומטר EGF, 0.3 מ"מ CaCl<תת>2, ופניצילין-סטרפטומיצין (100 יחידות/מ"ל, 100 ומיקרו; g/mL, בהתאמה) נוסף | |
| ל-Phophate-Buffered Saline בינוני (PBS) | Corning, Medlabtech (Manassas, VA) | 21-040-CV | שימש לשטיפת כתם עודף מהקרניות לפני הדמיית |
| מיקרוסקופ Zeiss Confocal 880 עם AiryScan | Zeiss (Thornwood, NY) | N/A | שימוש במטרת הגדלה של פי 20 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.