In questo rapporto, presentiamo un nuovo approccio ex vivo per le ferite cutanee e la colorazione a tutto monte per valutare i fattori che influenzano la risposta alla riparazione della pelle umana. La Figura 1A mostra uno schema della pipeline procedurale, che può essere eseguito in 3-10 giorni, a seconda dei tempi di incubazione della ferita. Le ferite a spessore parziale vengono coltivate su pile di membrana all'aria: interfaccia a membrana e possono essere raccolte per la colorazione a montaggio intero, incorporate in paraffina o mezzo OCT per l'istologia generale o congelate in azoto liquido per analisi biochimiche (Figura 1B). Generalmente creiamo ferite a spessore parziale di 2 mm all'interno del centro di espianti da 6 mm. Tuttavia, la dimensione della ferita e dell'espianto circostante può essere modificata a seconda delle esigenze. La procedura a montaggio intero è stata adattata con successo sia per l'immunoperossidasi che per i metodi di colorazione a immunofluorescenza (Figura 1C).
L'immunofluorescenza consente il sondaggio del tessuto con anticorpi multipli. Per questo, consigliamo di utilizzare anticorpi primari allevati in specie diverse e anticorpi secondari coniugati fluorescenti abbinati a specie per limitare la reattività tra specie. Le concentrazioni di anticorpi e i tempi di incubazione dovranno essere ottimizzati. Se si osserva una colorazione di fondo, ridurre le concentrazioni di anticorpi, aumentare le fasi di lavaggio e aggiungere tampone bloccante all'anticorpo secondario. La vitalità dei tessuti freschi può essere valutata direttamente con coloranti di redditività commerciale (vedi Tabella dei materiali). Mostriamo anche che il tessuto può essere riparato dopo la colorazione di vitalità e ripreso con successo quando è praticamente adatto (Figura 1D).

Figura 1: L'approccio umano ex vivo per la ferita e la colorazione a montaggio intero. (A) Pipeline che illustra il flusso di lavoro procedurale dalla raccolta della pelle e dall'esecuzione di ferite ex vivo, alla colorazione dei tessuti e all'analisi dei dati. (B) Diagramma che illustra il sistema di coltura delle ferite cutanee umane ex vivo con analisi eseguite di routine sul tessuto. (C) La colorazione integrale può essere impiegata utilizzando sia l'immunoperossidasi che l'immunofluorescenza. K14 = cheratina 14. (D) Il tessuto vivo può essere colorato con coloranti di vitalità commerciale e ripreso con successo dopo la fissazione. Barra = 100 μm. Questa colorazione è stata eseguita nella pelle non diabetica. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
L'uso più ampiamente applicabile per la colorazione a montaggio intero delle ferite è quello di determinare il tasso di chiusura della ferita in un modo più riproducibile di quello che può essere fornito tramite il sezionamento istologico. La percentuale di chiusura è stata quantificata come riepitelizzazione percentuale della superficie della ferita, come dimostrato nella Figura 2A. La copertura percentuale dell'area di marcatori specifici può essere misurata dall'area totale della ferita o come percentuale della ferita riepitelizzata. Abbiamo caratterizzato la guarigione in pelle sana (non diabetica) rispetto a quella diabetica per un periodo di tempo di sette giorni, raccogliendo ferite ogni giorno dopo la ferita (immagini rappresentative, Figura 2B). Le ferite cutanee sane si sono chiuse nel tempo come previsto, con chiusura completa osservata nella maggior parte dei campioni entro il giorno 4-5. Al contrario, le ferite cutanee diabetiche non sono riuscite a chiudersi completamente entro il periodo di analisi di sette giorni (Figura 2C). Un ritardo significativo nella chiusura della ferita è stato osservato tra ferite cutanee sane e diabetiche quando si confrontano i tassi di guarigione a ciascun punto temporale post-lesione(P < 0,001 al giorno 6, P < 0,05 al giorno 6 e P < 0,05 a P < 0,001 al giorno 7).
A seguito della valutazione dei tassi complessivi di chiusura della ferita; abbiamo misurato la percentuale dell'intera area della ferita (area esterna in Figura 2A)in cui è possibile visualizzare le cellule K14 positive (colorazione verde in Figura 2B). È interessante notare che abbiamo osservato che nelle ferite cutanee ex vivo sane, la colorazione K14 ha raggiunto il picco al giorno 2 e poi è diminuita rapidamente (significato in ogni punto temporale rispetto al picco del giorno 2, Figura 2D). Ciò riflette probabilmente la ri-formazione della barriera epidermica precoce, escludendo la penetrazione dell'anticorpo K14 attraverso strati epidermici differenziati (vedere schema Figura 2E). Durante il processo di riepitelizzazione, i cheratinociti dello strato basale (K14 + ve) migrano verso l'interno sopra la ferita aperta in modo tale che l'epidermide più vicina al bordo esterno della ferita si formi prima dell'epidermide più vicina al bordo interno della ferita (fronte migrante). Mentre il bordo anteriore dell'epidermide appena formata continua a migrare per chiudere la ferita aperta rimanente, l'epidermide del bordo esterno inizia a differenziarsi per riformare gli altri strati epidermici. Nella guarigione precoce, ci aspetteremmo quindi di vedere la maggior parte dell'area riepitelizzata costituita da cellule basali (K14 + ve), mentre nella riparazione successiva la colorazione K14 viene persa poiché l'epidermide si differenzia dall'esterno verso l'interno (vedi immagini a montaggio intero in Figura 2E). Pertanto, il declino della colorazione K14 mostrato nella Figura 2D (frecce verso il basso) è correlato con un aumento della differenziazione epidermica. È interessante notare che la colorazione K14 visibile ha raggiunto il picco prima nelle ferite sane (giorno 2) rispetto a quelle diabetiche (giorno 4), dimostrando ulteriormente che la riepitelizzazione e la successiva differenziazione epidermica sono ritardate nelle ferite cutanee diabetiche.

Figura 2: La colorazione a tutto monte rivela tassi di guarigione perturbati nella pelle diabetica rispetto a quella sana. (A) Il metodo utilizzato per quantificare la chiusura della ferita dalle misurazioni della ferita esterna ed interna. Le immagini Di Brightfield mostrano cheratina 14 (K14) si colora di rosso. Bar = 300 μm. (B) Immagini rappresentative della guarigione nel tempo (giorno post-ferimento) in pelle sana e diabetica. Barra = 500 μm. K14 = verde. DAPI = nuclei blu. (C) Quantificazione dei tassi di chiusura della ferita (percentuale di riepitelizzazione) che mostra che le ferite ex vivo da pelle sana si chiudono significativamente più velocemente delle ferite ex vivo da pelle diabetica. H = sano. Db = diabetico. (D) Percentuale di colorazione K14 raggiunge il picco prima nella pelle sana rispetto a quella diabetica e poi diminuisce in linea con l'aumento della differenziazione epidermica (frecce verso il basso). (E) K14 (cellule epidermiche basali) la colorazione viene persa man mano che l'epidermide si differenzia. D = differenziato. ND = non differenziato. Le linee tratteggiate bianche raffigurano i bordi interni ed esterni della ferita. Frecce bianche = direzione della migrazione. n = 6 ferite per donatore, per punto temporale. Media +/- SEM. * = P < 0,05, ** = P < 0,01 e *** = P < 0,001. Sano e diabetico confrontati in ogni punto del tempo di guarigione in C (valoreP per il confronto meno significativo). Variazione temporale della colorazione K14 rispetto al picco per ciascun donatore in D. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Successivamente abbiamo utilizzato la colorazione a montaggio intero per esplorare l'espressione tissutale e la localizzazione di altri marcatori rilevanti per la ferita nella pelle non diabetica (Figura 3). Tutti gli anticorpi utilizzati e le loro concentrazioni di lavoro sono forniti nella Tabella dei materiali. I vasi sanguigni nella ferita aperta sono stati colorati positivamente con l'anticorpo alfa dell'actina della muscolatura liscia (a-SMA), utilizzato in combinazione con K14 per delineare i bordi epidermici in immagini a bassa potenza (Figura 3A). La matrice dermica è stata colorata con anticorpi contro il collagene di tipo I (COL 1) e la fibronectina (Fn). Qui il collagene è stato osservato come abbondanti fibre spesse mentre le fibre di fibronectina erano sparse, ondulate e sottili (Figura 3A). Il nostro approccio di colorazione a montaggio intero è anche in grado di fornire la risoluzione della colorazione a livello cellulare, come dimostrato per i cheratinociti K14-positivi (Figura 3B).
Infine, mostriamo che le ferite umane ex vivo possiedono cellule immunitarie residenti, con cellule di Langerhans rilevate intorno all'epidermide appena formata al giorno 3 post-ferimento (Figura 3C). In effetti, questi risultati suggeriscono che la colorazione a tutto monte può essere utilizzata per studiare le caratteristiche chiave della risposta di guarigione tra cui l'infiammazione, la proliferazione e la matrice extracellulare(Figura 4A). Nel loro insieme, i nostri dati rivelano che la procedura combinata ex vivo di ferite cutanee e colorazione a montaggio intero è un metodo valido per valutare vari aspetti della riparazione della pelle umana sana e diabetica (patologica).

Figura 3: Ottimizzazione dell'approccio di colorazione a tutto monte per l'uso con altri anticorpi. (A) I vasi sanguigni sono stati colorati con alfa actina muscolare liscia (α-SMA, verde) e cheratina 14 (K14, rosso), mentre le fibre della matrice sono state colorate con collagene I (COL 1, rosso) e fibronectina (Fn, verde). (B) La procedura a montaggio intero fornisce una risoluzione di localizzazione fino al livello cellulare (K14, verde; K1, rosso). (C) Cellule di Langerhans CD1a+ve (verdi) osservate nell'epidermide di nuova formazione. DAPI = nuclei blu. Barra = 100 μm. Le linee tratteggiate bianche mostrano i bordi interni ed esterni della ferita e separano la ferita dall'epidermide. Questa colorazione è stata eseguita nella pelle non diabetica. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Validità della procedura di colorazione a montaggio intero per valutare la guarigione delle ferite. (A) Illustrazione che illustra come la tecnica di colorazione a montaggio intero può valutare i processi rilevanti per la ferita. Anticorpi usati = testo rosso. K14 = cheratina 14. COL 1 = collagene 1. Fn = fibronectina. (B) La procedura di colorazione a montaggio intero (frecce blu) introduce una minore variabilità nelle misurazioni di chiusura della ferita rispetto all'analisi istologica standard (frecce rosse). S1 = sezione 1. WE = bordo della ferita. Barra = 300 μm. Questa colorazione è stata eseguita nella pelle non diabetica. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.