Questo esperimento è stato inizialmente eseguito in 10 paia di cornee normali di ricerca, in quanto sono più facilmente disponibili. Una volta che il metodo ha dimostrato di avere successo, lo studio è stato replicato in 11 coppie di cornee distrofiche - etichettate come tali da banche oculari basate su una valutazione speculare - per studiare gli effetti di eFGF1 (NM141) in cornee rappresentative della popolazione di pazienti FECD. Per una maggiore rilevanza clinica, le cifre incluse nel presente lavoro rappresentano i dati raccolti dalle cornee distrofiche, se non diversamente specificato.
Dopo aver simulato l'esito chirurgico del DSO, la colorazione Trypan Blue è stata eseguita e ripetuta per tutto il periodo di coltura di 14 giorni e la riduzione della colorazione positiva è stata quantificata per valutare la guarigione delle ferite (Figura 2). La colorazione alizarin Red è stata eseguita anche il giorno 14 per delineare i confini cellulari. Le aree rosso scuro senza un chiaro motivo visibile (di seguito denominata colorazione negativa) apparivano costantemente all'interno della sezione non guarita della lesione e in altre aree della cornea in cui si presumeva che le cellule fossero danneggiate o mancanti. Le aree che si sono macchiate positive per Trypan Blue il giorno 14 corrispondevano bene alla colorazione negativa di Alizarin Red (Figura 2). Tutte le cornee distrofiche trattate con eFGF1 (NM141) hanno mostrato una maggiore guarigione il giorno 14 rispetto al compagno non trattato. In media, le cornee trattate hanno dimostrato una guarigione del 91% rispetto al 38% nelle cornee di controllo, e questa differenza era statisticamente significativa (p < 0,001) (Figura 3A). Questo è paragonabile ai risultati ottenuti da 20 cornee normali, dove i controlli hanno mostrato una media del 32% di guarigione e le cornee trattate hanno raggiunto l'81%, che di nuovo era statisticamente significativo (p < 0,001) (Figura supplementare 1). La percentuale guarita è stata confrontata tra cornee normali e distrofiche utilizzando due t-test su campione assumendo la stessa varianza, e nessuna differenza significativa è stata osservata né nei gruppi di controllo né in quelli di trattamento (dati non mostrati).
Le informazioni sui donatori fornite dalle banche oculari (Tabella 1) per le cornee normali e distrofiche sono state analizzate per determinare se le caratteristiche tra cui l'età, i giorni memorizzati in Optisol, l'intervallo da morte a raccolta, la densità cellulare e il sesso sono correlate alla guarigione. Il coefficiente di correlazione di Pearson (r) è stato utilizzato per indagare su tutti i fattori tranne il sesso, che è stato valutato utilizzando un t-test spaiato per confrontare la guarigione tra maschi e femmine. Il valore assoluto di r era inferiore a 0,25 in tutti i casi, indicando che eventuali correlazioni tra guarigione ed età, giorni memorizzati in Optisol, intervallo da morte a raccolta o densità cellulare erano considerate trascurabili. La differenza nella guarigione tra maschi e femmine non era statisticamente significativa (p = 0,53).
Simile al normale set di dati, 10 delle 22 cornee distrofiche presentavano una notevole colorazione di Trypan al di fuori dell'area spogliata collegata all'area macchiata all'interno della lesione in almeno un timepoint (di solito il giorno 3) - un'osservazione che abbiamo definito colorazione periferica (Figura 4A). Di questi 10, solo due erano cornee di controllo le cui controparti trattate non mostravano lo stesso effetto. Le restanti otto erano tutte coppie abbinate e presentate con gravità simile tra le cornee dello stesso individuo. Sebbene i modelli di colorazione fossero comparabili tra cornee normali e distrofiche, la frequenza della colorazione periferica era più alta nel set di dati distrofici con il 45% delle cornee positive, rispetto al 25% nel gruppo normale. La Figura 4A mostra una coppia che è stata considerata positiva per la colorazione periferica, poiché l'area macchiata al di fuori della lesione ha incontrato il bordo della ferita nelle immagini del Giorno 6 e gradualmente si è ritirata. Nelle corrispondenti immagini di Alizarin Red, le cellule nelle aree con colorazione periferica di Trypan apparivano ingrandite e di forma anormale, proprio come le cellule che migravano nell'area spogliata, e la colorazione negativa era correlata alle aree in cui il Trypan Blue era presente il giorno 14. Nonostante l'ampia porzione della cornea colpita durante tutto il periodo di coltura, la pulizia parziale o completa della periferia macchiata si è verificata in tutte e 10 le cornee. Inoltre, l'ultima percentuale guarita al giorno 14 era all'interno del range normale, rispettivamente al gruppo di trattamento, per tutti tranne una cornea. L'outlier (0811L, nella foto in Figura 4A) ha restituito un valore di guarigione percentuale negativo a causa dei resti di colorazione periferica ancora collegata all'area della lesione al giorno 14 (Figura 3A e Figura 4A). Un secondo modello di colorazione, indicato come colorazione periferica, è stato catturato nelle immagini di Alizarin Red dalla Figura 4B, ma è stato anche evidente nelle immagini di Trypan Blue durante il periodo di coltura in molte cornee (Figura 4B). Questa osservazione è caratterizzata da un anello di colorazione scura attorno al limbus, che indica un endotelio compromesso. Nonostante il termine, questo modello era così comune sia nelle cornee normali che in quelle distrofiche che non venivano conteggiate come positive per la colorazione periferica. In queste immagini, la cornea di controllo ha mostrato una colorazione più vibrante ed estesa il giorno 14, nonostante entrambe le cornee possedessero una gravità e un modello di colorazione simili all'inizio del periodo di coltura. Nella cornea trattata è stato anche notato un numero apparentemente maggiore di cellule, che apparivano più compatte ed esagonali rispetto al controllo, sebbene queste osservazioni non fossero misurate quantitativamente. A causa della curvatura nella periferia, solo la colorazione di Trypan all'interno e immediatamente circostante l'area spogliata è stata inclusa nell'analisi quantitativa. Quando i valori di colorazione percentuale sono stati mediati su tutte le cornee distrofiche, l'emergere della colorazione periferica ha comportato un aumento iniziale rispetto a quello del giorno 0, al contrario della costante diminuzione osservata nelle cornee normali in cui la colorazione periferica era meno prevalente (Figura 3B).
L'immunoistochimica visualizzata dall'imaging confocale rivela l'espressione semi-organizzata di ZO-1, un marcatore funzionale delle giunzioni strette cec, dentro e intorno al bordo della lesione (Figura 5), un modello evidenziato in modo simile dalla colorazione alizarina rossa (Figura 2 e Figura 4). Il pleomorfismo e il polimegatismo sono visibili da ZO-1 nella maggior parte delle cornee distrofiche; tuttavia, questa osservazione può essere attribuita al loro stato malato ed è stata notata dalla banca degli occhi dopo l'esame speculare delle cornee prima della coltura. L'espressione disorganizzata di ZO-1 si osserva all'interno dell'area della lesione delle cornee trattate in cui le cellule erano migrate verso l'interno, anche in linea con i modelli di Alizarin Red. Le cellule che incorporano EdU possono essere viste intorno al bordo della lesione e all'interno dell'area lesionata nelle cornee controllate e trattate (Figura 5). Il modello dei CEC migrati riflette anche i risultati di Trypan Blue, dove nelle cornee di controllo la maggior parte delle cellule sono state trovate all'interno di due campi del bordo della lesione, mentre i CEC nelle cornee trattate possono essere visti in tutta l'area spogliata (Figura 2).
L'etichettatura EdU è stata eseguita come misura qualitativa in questo studio per confermare che la proliferazione ha contribuito alla guarigione. Tuttavia, la quantificazione delle cellule che incorporano EdU non può essere eseguita sistematicamente a causa del gonfiore corneale che impedisce la cattura di immagini coerenti e replicabili all'interno e intorno alla lesione. Come surrogato, l'analisi quantitativa eseguita in uno studio condotto prima della creazione del modello DSO è stata inclusa per dimostrare gli effetti di eFGF-1 (NM141) sulla proliferazione (Figura 6). Le cornee normali dei donatori umani sono state tagliate in quarti usando un bisturi e coltivate in presenza di EdU, con o senza eFGF1 (NM141) per 48 ore come descritto in precedenza (Eveleth, 2020)16. L'imaging e la successiva analisi delle cellule marcate con Hoechst 33342 e EdU sono state eseguite separatamente nella zona centrale indisturbata dei quarti e nella zona del bordo, all'interno di tre campi da cui è stata tagliata la cornea. Nella zona media, la percentuale di cellule che incorporavano EdU era bassa e altamente variabile tra le 10 cornee analizzate. In media, i trimestri trattati con eFGF1 (NM141) hanno avuto livelli più elevati di incorporazione di EdU nella zona centrale (4,1% ± 7,9%) rispetto ai controlli (1,8% ± 2,9%), sebbene questa differenza non fosse statisticamente significativa (p = 0,239). Sul bordo della ferita, i quarti trattati stimolati con eFGF1 (NM141) hanno mostrato tassi significativamente più elevati di incorporazione di EdU in media (18,1% ± 11,5%) rispetto ai trimestri di controllo (10% ± 9,6%, p = 0,012).
Tabella 1: Informazioni sul donatore per 22 cornee distrofiche e 20 cornee normali utilizzate in questo studio, nonché 10 cornee normali utilizzate in precedenza per la quantificazione dell'EdU. Fare clic qui per scaricare questa tabella.

Figura 2: Colorazione del colorante vitale delle cornee dopo lo stripping di Descemet. Le cornee umane distrofiche sono state spogliate dei 4 mm centrali della membrana di Descemet e incubate con o senza eFGF1 (NM141) (100 ng/mL) per 14 giorni. Le lesioni sono state visualizzate dalla colorazione Trypan Blue nei giorni 0, 3, 6, 9, 12 e 14. I confini della CEC sono stati visualizzati dalla colorazione alizarina rossa il giorno 14. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Le cornee umane distrofiche mostrano una guarigione significativamente maggiore da DSO quando coltivate con eFGF1 (NM141). (A) La percentuale di guarigione è stata determinata misurando l'area macchiata al giorno 14 usando ImageJ e confrontandola con la percentuale macchiata al giorno 0. (B) La percentuale media di macchie figurate nel tempo mostra una diminuzione consistente delle cornee normali mentre raggiunge il picco al giorno 3 delle cornee distrofiche a causa della maggiore prevalenza di colorazione periferica. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Colorazione del colorante vitale delle cornee distrofiche con colorazione periferica. (A) La colorazione di Trypan della membrana di Descemet intatta può essere vista avanzare verso il centro, quindi schiarirsi nel tempo sia nelle cornee di controllo che in quelle trattate. (B) I pattern di alizarina intorno al limbus rappresentano una tipica osservazione del danno periferico e del ristabilimento disorganizzato dell'endotelio osservato in molte cornee da donatore, in questo caso distrofiche. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Stimolazione della migrazione e della proliferazione dei CEC da parte di eFGF1 (NM141) nelle cornee distrofiche spogliate. Micrografie confocali delle cornee spogliate di Descemet colorate per ZO-1 (rosso), EdU (verde) e Hoechst 33342 (blu). La linea tratteggiata rappresenta il bordo della lesione con l'area spogliata sul lato sinistro dell'immagine e la membrana di Descemet intatta sulla destra. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Quantificazione di cellule proliferanti da cornee normali squartate con un bisturi e incubate in mezzi contenenti EdU con o senza eFGF-1 (NM141) per 48 ore. I quarti sono stati ripresi in triplice copia nella zona centrale indisturbata e lungo il bordo tagliato, e i conteggi sono stati calcolati in media per determinare la percentuale di cellule che incorporano EdU nelle zone intermedie e di bordo. Figura modificata dal Journal of Ocular Pharmacology and Therapeutics, utilizzata con il permesso16. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura supplementare 1: Le cornee umane normali mostrano una guarigione significativamente maggiore da DSO quando coltivate con eFGF1 (NM141). ImageJ è stato utilizzato per misurare le aree macchiate e determinare la percentuale di guarigione. Fare clic qui per scaricare questo file.