Articolo metodologico

Isolamento, coltura e caratterizzazione di fibroblasti dermici primari da tessuto cheloide umano

DOI:

10.3791/65153

⸱

28 luglio 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Dermatology Hospital, Southern Medical University

In questo articolo

Sommario

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo studio descrive un protocollo ottimizzato per stabilire fibroblasti primari da tessuti cheloidi in grado di fornire in modo efficace e costante fibroblasti puri e vitali.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

I fibroblasti, il principale tipo di cellula nel tessuto cheloide, svolgono un ruolo essenziale nella formazione e nello sviluppo dei cheloidi. L'isolamento e la coltura di fibroblasti primari derivati dal tessuto cheloide sono la base per ulteriori studi sulla funzione biologica e sui meccanismi molecolari dei cheloidi, nonché nuove strategie terapeutiche per il loro trattamento. Il metodo tradizionale per ottenere fibroblasti primari ha dei limiti, come il cattivo stato cellulare, la miscelazione con altri tipi di cellule e la suscettibilità alla contaminazione. Questo documento descrive un protocollo ottimizzato e facilmente riproducibile che potrebbe ridurre l'insorgenza di possibili problemi quando si ottengono fibroblasti. In questo protocollo, i fibroblasti possono essere osservati 5 giorni dopo l'isolamento e raggiungere quasi l'80% di confluenza dopo 10 giorni di coltura. Quindi, i fibroblasti vengono fatti passare e verificati utilizzando anticorpi PDGFRα e vimentina per saggi di immunofluorescenza e anticorpi CD90 per citometria a flusso. In conclusione, i fibroblasti dal tessuto cheloide possono essere facilmente acquisiti attraverso questo protocollo, che può fornire una fonte abbondante e stabile di cellule in laboratorio per la ricerca sui cheloidi.

Introduzione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Il cheloide, una malattia fibroproliferativa, si manifesta come la crescita continua di placche che spesso invadono la pelle normale circostante senza autolimitazione e causano vari gradi di prurito, dolore e oneri estetici e psicologici per i pazienti1. I fibroblasti, le cellule primarie coinvolte nei cheloidi, svolgono un ruolo essenziale nella formazione e nello sviluppo di questa malattia attraverso un'eccessiva proliferazione, la produzione ridondante di matrice extracellulare e collageni disorganizzati 2,3. Tuttavia, la patogenesi sottostante rimane poco chiara e manca ancora un metodo terapeutico efficace per il cheloide; Pertanto, vi è un urgente bisogno di ulteriori ricerche 4,5.

Poiché non esiste un modello animale ideale per la ricerca sui cheloidi in vivo 6,7, la costruzione di un modello in vitro mediante l'acquisizione di fibroblasti primari da tessuti cheloidi può offrire fattibilità e affidabilità per la ricerca cheloide 2,6. Le cellule primarie sono quelle derivate direttamente da tessuti viventi ed è generalmente riconosciuto che queste cellule possono assomigliare più da vicino allo stato fisiologico e al background genetico di più individui rispetto alle linee cellulari 8,9. La coltura delle cellule primarie fornisce un potente mezzo per studiare la crescita e il metabolismo delle cellule, così come altri fenotipi cellulari.

Allo stato attuale, ci sono due metodi per acquisire fibroblasti primari: digestione enzimatica e coltura di espianto. Tuttavia, sono stati identificati diversi ostacoli all'ottenimento di fibroblasti primari, come il rischio di contaminazione da parte di vari batteri o funghi, la miscelazione con altri tipi di cellule che non sono facilmente rimosse, il lungo periodo del ciclo di coltura, le successive modifiche alle caratteristiche cellulari rispetto alle cellule originali e così via9. Pertanto, lo sviluppo di un processo fattibile ed efficace per ottenere fibroblasti primari è la base per ulteriori studi e applicazioni. Questo studio descrive un protocollo ottimizzato per l'estrazione di fibroblasti primari da tessuti cheloidi in grado di fornire in modo efficace e costante fibroblasti puri e vitali.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo studio è stato approvato dal comitato di revisione istituzionale del Dermatology Hospital, Southern Medical University (2020081). Il consenso informato del paziente è stato ottenuto prima che i tessuti fossero raccolti dagli individui.

1. Preparazione

NOTA: Le seguenti procedure devono essere eseguite in ambiente sterile sotto un armadio di sicurezza biologica.

  1. Preparare un terreno di coltura completo aggiungendo il 10% di siero bovino fetale (FBS) e la soluzione di penicillina-streptomicina-amfotericina B (PSA) all'alto contenuto di glucosio del terreno Eagle modificato di Dulbecco (DMEM).
  2. Preparare la soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) con PSA aggiungendo l'1% di PSA in 1x PBS. Prepara PBS con FBS aggiungendo l'1% di FBS a 1x PBS.
  3. Preparare diverse forbici sterilizzate, pinze e bisturi in autoclave.

2. Ottenere i tessuti rimossi

  1. Ottenere tessuti da pazienti cheloidi attraverso la chirurgia. Raccogliere i tessuti cheloidi freschi in un sacchetto di imballaggio sterile o in una provetta da centrifuga sterile e trasferirli in un armadio di sicurezza biologica in laboratorio il prima possibile.
    NOTA: In questo protocollo, la dimensione del tessuto cheloide acquisito era di circa ~ 20 x 20 x 10 mm3 e la dimensione può variare a seconda dell'intervento chirurgico.

3. Isolamento

  1. Estrarre il tessuto cheloide con una pinzetta sterile e metterlo in una provetta da centrifuga sterile da 50 ml contenente 10-25 ml di PBS con PSA all'1% per 10 minuti. Quindi, preparare una piastra a 6 pozzetti e aggiungere 4 ml di PBS integrato con PSA all'1% a ciascun pozzetto. Estrarre il tessuto con una pinzetta sterilizzata e lavarlo due volte con PBS integrato con PSA all'1%. Utilizzando una pinza sterile, trasferire il tessuto in sequenza da un pozzetto all'altro.
  2. Rimuovere gli strati adiposi dell'epidermide usando forbici chirurgiche o un bisturi chirurgico e lasciare intatto lo strato del derma. Tagliare e sezionare lo strato del derma in 3-5 mm2 pezzi con le forbici, trasferire questi pezzi con una pinza sterile al pozzetto successivo e lavarli nuovamente in PBS con una soluzione di PSA all'1%.

4. Cultura

  1. Posizionare i pezzi di tessuto del derma in piastre di Petri usando una pinza sterilizzata; Assicurarsi che il numero di pezzi sia compreso tra 10 e 30 e che la distanza tra ogni pezzo sia >5 mm. Mettere le piastre di Petri capovolte in un'incubatrice al 5% di CO2 a 37 °C per 30-60 minuti fino a quando i pezzi di tessuto si asciugano un po 'e si attaccano alla capsula di Petri. Quindi, aggiungere DMEM integrato con FBS al 10% e PSA all'1% e posizionare con cura le piastre di Petri in un incubatore al 5% di CO2 a 37 ° C.
    NOTA: I fibroblasti sono una popolazione cellulare morfologicamente e funzionalmente eterogenea. Considerando questa complessità, le fasi di isolamento e cultura dovrebbero essere eseguite con cura; selezionare uniformemente i pezzi di tessuto dermico cheloide e mescolare bene questi pezzi prima di metterli nella capsula di Petri.
  2. Dopo 3 giorni, sostituire metà del surnatante con un terreno di coltura completo. Cambia il terreno di coltura ogni 2-3 giorni. Osservare i fibroblasti al microscopio con un ingrandimento 40x ogni giorno.
    NOTA: Tutti i passaggi devono essere eseguiti delicatamente. Non spostare la capsula di Petri per 2 giorni dopo l'isolamento, poiché i pezzi di tessuto richiedono tempo per aderire alle piastre di Petri.
  3. Quando i fibroblasti che crescono intorno ai pezzi di tessuto raggiungono circa il 90% di confluenza, rimuovere i pezzi di tessuto e il terreno di coltura. Lavare i fibroblasti con 1x PBS sterile e aggiungere 2 ml di soluzione sterile 1x tripsina-EDTA alle piastre. Incubare le cellule per circa ~3-5 minuti a 37 °C in un incubatore umidificato al 5% di CO2 . Picchiettare delicatamente il piatto di coltura e osservarlo al microscopio. Quando la maggior parte delle cellule si stacca dalla piastra, aggiungere 2 ml di mezzo completo per terminare il processo di digestione.
  4. Trasferire la sospensione cellulare in una provetta sterile da 15 mL e centrifugare la provetta a 300 × g per 3 minuti a temperatura ambiente. Scartare attentamente il surnatante e risospendere il pellet cellulare in mezzo completo. Seminare i fibroblasti in un piatto di coltura cellulare di 9 cm e incubare a 37 °C in un incubatore umidificato al 5% di CO2 .

5. Manutenzione e conservazione

  1. Circa 3-4 giorni dopo, quando i fibroblasti sono cresciuti fino all'80% di confluenza, ripetere i passaggi 4,2-4,4 e far passare i fibroblasti con un rapporto di 1:3. Utilizzare i fibroblasti di passaggio per ulteriori esperimenti.
    NOTA: La coltura di fibroblasti deve essere interrotta dopo 10 passaggi, perché le cellule possono iniziare a mostrare caratteristiche modificate rispetto alle cellule originali.
  2. Crioconservare le cellule passate di P1-P3 in azoto liquido per un ulteriore utilizzo.
    1. Ripetere i passaggi 4.2-4.3. Trasferire la sospensione cellulare in una provetta sterile da centrifuga da 15 mL e centrifugare la provetta per 3 minuti a 300 × g. Scartare il surnatante con attenzione, risospendere il pellet cellulare in 1 mL di mezzo di congelamento cellulare contenente il 90% di FBS e il 10% di DMSO e trasferire la sospensione nei criotubi cellulari.
    2. Spostare le celle in una scatola congelata, quindi mettere la scatola congelata in un congelatore a -80 °C. Dopo 1 giorno, trasferire le cellule in azoto liquido per la conservazione a lungo termine.

6. Identificazione dei fibroblasti mediante colorazione con immunofluorescenza

  1. Posizionare i vetrini rotondi in una piastra a 24 pozzetti e coltivare i fibroblasti passaggi ad una concentrazione di 1 × 104 cellule / pozzetto. Quando i fibroblasti raggiungono il 60% di confluenza, rimuovere il terreno di coltura. Aggiungere 1 mL di paraformaldeide al 4% per fissare i fibroblasti per 20 minuti a temperatura ambiente e lavare 3 volte con PBS per 1 minuto ogni volta.
    NOTA: Contare il numero di cellule utilizzando un vetrino emocitometrico al microscopio o un contatore automatico delle cellule.
  2. Rimuovere il PBS, incubare con Triton X-100 allo 0,5% per 20 minuti per la permeabilizzazione delle membrane cellulari, quindi lavare 3 volte con PBS per 1 minuto ogni volta. Aggiungere PBS con albumina sierica bovina allo 0,5% e immergere per 30 minuti. Quindi, rimuoverlo e aggiungere l'anticorpo PDGFR-α/vimentina diluito nel diluente anticorpale a 1:1.000. Incubare per una notte a 4 °C.
  3. Il giorno successivo, rimuovere l'anticorpo primario, lavare le cellule 3 volte con PBS per 3 minuti e aggiungere l'anticorpo secondario Alexa Fluor-555 capra anti-coniglio IgG diluito con diluente anticorpale a 1:200 per immergere per 1 ora.
  4. Rimuovere l'anticorpo secondario e lavare le cellule 3 volte con PBS. Estrarre i vetrini rotondi con una pinza, metterli su vetrini e aggiungere 50 μL di soluzione di 4',6-diamidino-2-fenilindolo (DAPI) da 5 μg/mL per colorare i nuclei cellulari. Conservare i campioni in una scatola umida e buia e osservarli al microscopio a fluorescenza confocale laser.
    NOTA: Aggiungere un gruppo di controllo negativo senza un anticorpo primario ma con un anticorpo secondario per escludere la colorazione non specifica.

7. Identificazione di fibroblasti mediante citometria a flusso

  1. Raccogliere il pellet cellulare in una provetta sterile da centrifuga da 1,5 ml e risospendere con 50 μL di PBS contenente FBS all'1%. Incubare con anti-CD90 per 30 minuti al buio e aggiungere un controllo isotipo anti-IgG al gruppo di controllo. Quindi, aggiungere 200 μL di PBS contenente l'1% di FBS e centrifugare la provetta per 10 minuti a 300 × g a 4 °C.
  2. Rimuovere il surnatante e aggiungere 200 μL di PBS contenente l'1% di FBS. Risospendere e filtrare la sospensione attraverso un filtro cellulare (70 mesh). Aggiungere una soluzione madre da 5 μg/mL di DAPI a 1:100 al filtrato, quindi acquisire i risultati mediante citometria a flusso. Impostare lo scatter in avanti (FSC) come ascissa e lo scatter laterale (SSC) come ordinata e cerchiare la popolazione cellulare principale. Selezionare la popolazione cellulare e impostare la ficoeritrina come ascissa e il conteggio come ordinata per l'analisi.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La sequenza temporale del protocollo è riassunta nella Figura 1A. Alcune immagini rappresentative del processo di isolamento sono mostrate nella Figura 2; l'epidermide e gli strati adiposi sono stati accuratamente rimossi e lo strato del derma è stato separato in piccoli frammenti di 3-4 mm2, che sono stati inoculati nelle piastre di Petri.

Come mostrato nella Figura 3A, diverse escrescenze...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ottenere fibroblasti primari dai tessuti cheloidi è una base fondamentale per ulteriori ricerche. Fino ad ora, ci sono stati due metodi per acquisire fibroblasti primari: digestione enzimatica e coltura di espianti11,12,13,14. Tuttavia, entrambi i metodi tradizionali hanno limiti, come la suscettibilità alla contaminazione, la miscelazione con altri tipi di cellule, un lungo periodo di coltura ...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Non ci sono conflitti di interesse da dichiarare.

Ringraziamenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni della National Natural Science Foundation of China (numero di sovvenzioni 81903189 e 82073418) e della Science and Technology Foundation di Guangzhou (numero di sovvenzione 202102020025).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Provetta da centrifuga sterile da 1,5 mLJETBIOFILCFT002015
Provetta da centrifuga sterile da 15 mLJETBIOFIL8076
4% di poliformaldeideBeyotime BiotechnologyP0099Fissazione cellulare
50 mL provetta da centrifuga sterileJETBIOFIL8081Metti tessuto cheloide
Alexa Fluor-555 capra anti-coniglio IgG AbcamAlexa  Fluor  555 Secondo anticorpo per il saggio di colorazione in immunofluorescenza
Anti umano CD90BioLegendB301002Identifica la purezza dei fibroblasti
Diluente anticorpaleBeyotime BiotechnologyP0262
Armadio di sicurezza biologica Thermo Scientific1300 serie A2Cellule di isolamento e coltura
Albumina sierica bovinaaladdinaB265993Blocco per il test di colorazione in immunofluorescenza
Incubatore ad anidride carbonicaESCOCCL-170B-8Utilizzo per la coltura di cellule
Criotubi cellulariCorning43513Conservare le cellule in
una macchina centrifugaThermo FisherST 16RScartare il surnatante 
DAPIBeyotime BiotechnologyC1006Colorare il nucleo cellulare
DMSOMP Biomedicals196055Utilizzo per la conservazione delle cellule
Terreno di aquila modificato di DulbcoGibcoC11995500BTSoluzione di terreno di coltura
Siero fetale bovinoBI04-001-1A
Citometro a flussoBDBD FACSCelestaOsservazione l'identità delle cellule
congelate scatolaThermo Scientific  5100-0050
Microscopio invertitoNikonECLIPSE Ts2
Microscopio confocale laserNikonAIR-HD25Osservazione del saggio di colorazione in immunofluorescenza
PDGFR-&alfa; anticorpoCST3174TPrimo anticorpo per il saggio di colorazione in immunofluorescenza
Soluzione di penicillina-streptomicina-AmSolarbioP1410Aggiungere la soluzione del terreno di coltura per evitare la contaminazione
Piastra di PetriJETBIOFIL7556Fibroblasti di coltura
Soluzione salina tamponata con fosfatoGibcoC10010500BTSoluzione del terreno di coltura
Coniglio (DAIE) mAB IgG XR (R) Controllo dell'isotuge (PE)Tecnologia di segnalazione cellulare5742SCome controllo per la citometria a flusso
Vetrino coprioggetto rotondoBiosharp801007Coltura cellulare
Triton X 100SolarbioT8200Fori nella membrana cellulare
Tripsina-EDTAGibco25200072Utilizzato per il passaggio delle cellule
Anticorpo VimentinaAbcamab8978Primo anticorpo per il saggio di colorazione in immunofluorescenza
a bassa temperatura

Riferimenti

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Zhu, Y. Q., et al. Genome-wide analysis of Chinese keloid patients identifies novel causative genes. Annals Of Translational Medicine. 10 (16), 883(2022).
  2. Feng, F., et al. Biomechanical regulatory factors and therapeutic targets in keloid fibrosis. Frontiers in Pharmacology. 13, 906212(2022).
  3. Cohen, A. J., Nikbakht, N., Uitto, J. Keloid disorder: Genetic basis, gene expression profiles, and immunological modulation of the fibrotic processes in the skin. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. , (2022).
  4. Wang, W., et al. Current advances in the selection of adjuvant radiotherapy regimens for keloid. Frontiers in Medicine. 9, 1043840(2022).
  5. Ghadiri, S. J., Kloczko, E., Flohr, C. Topical treatments in the management of keloids and hypertrophic scars: A critically appraised topic. British Journal of Dermatology. 187 (6), 855-856 (2022).
  6. Neves, L. M. G., Wilgus, T. A., Bayat, A. In vitro, ex vivo, and in vivo approaches for investigation of skin scarring: Human and animal models. Advances in Wound Care. 12 (2), 97-116 (2023).
  7. Supp, D. M. Animal models for studies of keloid scarring. Advances in Wound Care. 8 (2), 77-89 (2019).
  8. Künzel, S. R., et al. Ultrasonic-augmented primary adult fibroblast isolation. Journal of Visualized Experiments. (149), e59858(2019).
  9. He, Y., et al. An improved explants culture method: Sustainable isolation of keloid fibroblasts with primary characteristics. Journal of Cosmetic Dermatology. 21 (12), 7131-7139 (2022).
  10. Philippeos, C., et al. Spatial and single-cell transcriptional profiling identifies functionally distinct human dermal fibroblast subpopulations. Journal of Investigative Dermatology. 138 (4), 811-825 (2018).
  11. Li, L., et al. Hydrogen sulfide suppresses skin fibroblast proliferation via oxidative stress alleviation and necroptosis inhibition. Medicine and Cellular Longevity. 2022, 7434733(2022).
  12. Zhou, B. Y., et al. Nintedanib inhibits keloid fibroblast functions by blocking the phosphorylation of multiple kinases and enhancing receptor internalization. Acta Pharmacologica Sinica. 41 (9), 1234-1245 (2020).
  13. Wang, X. M., Liu, X. M., Wang, Y., Chen, Z. Y. Activating transcription factor 3 (ATF3) regulates cell growth, apoptosis, invasion and collagen synthesis in keloid fibroblast through transforming growth factor beta (TGF-beta)/SMAD signaling pathway. Bioengineered. 12 (1), 117-126 (2021).
  14. Sato, C., et al. Conditioned medium obtained from amnion-derived mesenchymal stem cell culture prevents activation of keloid fibroblasts. Plastic and Reconstructive Surgery. 141 (2), 390-398 (2018).
  15. Li, J., et al. Long-term explant culture: An improved method for consistently harvesting homogeneous populations of keloid fibroblasts. Bioengineered. 13 (1), 1565-1574 (2022).
  16. Wang, Q., et al. Altered glucose metabolism and cell function in keloid fibroblasts under hypoxia. Redox Biology. 38, 101815(2021).
  17. Fan, C., et al. Single-cell transcriptome integration analysis reveals the correlation between mesenchymal stromal cells and fibroblasts. Frontiers in Genetics. 13, 798331(2022).
  18. Yao, L., et al. Temporal control of PDGFRα regulates the fibroblast-to-myofibroblast transition in wound healing. Cell Reports. 40 (7), 111192(2022).
  19. Domdey, M., et al. Consecutive dosing of UVB irradiation induces loss of ABCB5 expression and activation of EMT and fibrosis proteins in limbal epithelial cells similar to pterygium epithelium. Stem Cell Research. 40, 102936(2022).
  20. Lin, Z., et al. Renal tubular epithelial cell necroptosis promotes tubulointerstitial fibrosis in patients with chronic kidney disease. FASEB Journal. 36 (12), e22625(2022).
  21. Korosec, A., et al. Lineage identity and location within the dermis determine the function of papillary and reticular fibroblasts in human skin. Journal of Investigative Dermatology. 139 (2), 342-351 (2019).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Richiedi il permesso di riutilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE

Richiedi permesso

Tag

Fibroblasti di CheloideIsolamento dei FibroblastiColtura Cellulare PrimariaSaggio di ImmunofluorescenzaCitometria a FlussoProliferazione CellularePDGFR AlphaMarcatore CD90

Articoli correlati