このプロトコルの目標は、自然な肌に似た3次元の全厚の皮膚等価物を構築することです。特別に構築された自動創傷装置により、無菌状態を維持しながら、正確で再現性のある創傷を生成することができます。
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方法論記事
* These authors contributed equally
このプロトコルの目標は、自然な肌に似た3次元の全厚の皮膚等価物を構築することです。特別に構築された自動創傷装置により、無菌状態を維持しながら、正確で再現性のある創傷を生成することができます。
in vitroモデルは、皮膚の創傷治癒過程を研究するための費用対効果が高く倫理的な代替手段です。さらに、ヒト細胞を用いることで、これらのモデルは動物モデルよりもヒトの創傷状況をよりよく反映しています。細胞の遊走や増殖などのプロセスを調べるために2次元モデルが広く使用されていますが、創傷治癒についてより深い知識を得るためには、より複雑なモデルが必要です。適切なモデルシステムに加えて、正確で再現性のある創傷の生成は、異なるテストラン間で比較可能な結果を確保するために重要です。この研究では、創傷治癒の研究と同等の3次元の全層皮膚の生成が示されています。モデルの真皮部分は、ラットテールコラーゲンI型ハイドロゲルに埋め込まれたヒト真皮線維芽細胞で構成されています。ヒト表皮ケラチノサイトへの接種と、その結果としての気液界面での培養に続いて、モデルの上に多層の表皮が形成されます。創傷治癒過程を研究するために、無菌雰囲気で標準化された創傷を生成する自動創傷装置を追加開発しました。
皮膚は体の最大の器官である。これは、外部環境と内部器官の間の障壁を作成します。さらに、皮膚は、流体損失、環境の影響、傷害および感染から身体を保護し、体温1を調節するのに役立つ。 、その暴露の場所に、皮膚は、多くの場合、機械的、熱的または化学的な外傷の影響を受けます。皮膚の自己修復が可能な一般的であるが、そのような感染症、酸素、および静脈充足などの複数の局所因子は、創傷治癒障害をもたらすことができる。創傷治癒はまた、肥満、アルコール依存症、喫煙、薬物療法、栄養、糖尿病などの疾患などの全身的な要因によって干渉することができます。2
(i)の炎症段階、(ii)の増殖および(iii)リモデリング段階:創傷治癒の過程は3段階に分けることができる。皮膚への損傷時には、複雑な信号カスケードは、傷の閉鎖につながる、開始します。3損傷後、創傷は出血し、血餅が形成される。線維芽細胞は、血液凝固に移動し、その後年間で改装された新しい組織と交換してください。
皮膚の修復の基礎となる生物学的プロセスの現在の理解は限られている。小動物およびブタモデルは創傷治癒を研究するために使用されてきた。しかし、これらの結果は、直接に種特異的な違いに起因するヒトに転送することができない。これらのin vivoモデルに加えて、創傷治癒のいくつかの側面は、不死化細胞株または初代細胞に基づくin vitroで単層培養物のスクラッチを介して、創傷の状況をシミュレートすることによって調べることができる4これらのスクラッチモデルは高度に標準化されているが、十分に反映していない複合体のin vivo生理学5の二次元モデルの他には、三次元のヒト皮膚同等物は、皮膚科学研究のために開発されている。これらのモデルの皮膚部分は、葛ある脱細胞化真皮、6コラーゲンハイドロゲル、7,8グリコサミノグリカン9または合成材料を含む様々な足場を使用してnerated。10これらの皮膚同等物、上皮間葉相互作用11の役割、再上皮、線維芽細胞およびケラチノサイトの間に細胞のクロストークや採用異なる成長因子の影響を研究することができる。さらに、これらのモデルは、線維芽細胞が創傷領域内に移動し、どのように走化性因子は、組織再生にどのように影響するかについての新しい知識を得るために有用である。12
創傷治癒モデル自体の唯一ではない世代は挑戦的であるだけでなく、モデル性の高い標準化された傷を確立することは問題がある。傷を作成するための一般的な技術は、スクラッチテスト、13火傷、14テープ摩耗、15熱傷、16吸引水疱、17液体窒素、18レーザー、19アールメス、18メッシャー6と生検パンチ。20これらのメソッドのほとんどは、同じ落とし穴を持っている。手動で実装けがを標準化し、複数のテストの間で再現することが困難である。サイズ、形状、および傷の深さは、研究の間で変化するので、研究データの品質を損なう。定義された皮膚の創傷のためのレーザーの使用は、比較的容易に標準化されたが、火傷を模倣する状況をもたらすことができる。レーザーによって加えられた熱は、壊死組織につながることができ、タンパク質の変性、血小板の凝集や血管収縮を引き起こす可能性があります。
別のアプローチでは、我々は、私たちは、無菌条件下で定義されており、正確な皮膚創傷を生成することができ、自動化創傷デバイス(AWD)を、開発しました。浸透深さと速度のようなパラメータを創傷ならびにドリルヘッドの回転を規制することができる。本研究では、家の中で開発された全層皮膚等価物とAWDを組み合わせた(FTGangatirkar らによって公開プロトコルに匹敵するSE)。8皮膚同等物の真皮層は、I型コラーゲンは、ヒドロゲルに埋め込 まれたヒト皮膚線維芽細胞(HDF)、から構成されている。真皮層の上に、ヒト表皮ケラチノサイト(HEK)は播種。二週間以内に、気液界面でのHEKは、いくつかの重要な細胞層からなる表皮と角質層を構築する。このモデルの生成に加えて、本研究では、FTSEで定義され、正確な傷を作成するためのAWDの使用を示している。
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注:プロトコルは24全層皮膚同等物の生産のために設計されている。ヒト皮膚線維芽細胞と表皮角化細胞は、以前に公開されたプロトコルに従って、皮膚生検から単離した。21,22インフォームドコンセントが事前に得られたものであり、研究はユリウスマクシミリアン大学ヴュルツブルクの人間研究に制度的倫理委員会によって承認された(182投票/ 10)。
皮膚コンポーネントの1。生産
ヒト表皮ケラチノサイト(HEK)2.追加
全層皮膚等価物の3.文化(FTSE)
4.組織学的分析
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孤立したHDFとHEKは、形態で、典型的なマーカーの発現の両方で異なっている。 HEKの形態は敷石状形態によって説明することができるのに対し、HDFは、典型的な紡錘状の形態を示した。細胞は、FTSEのためにそれらを使用する前に、免疫組織化学的染色( 図1)によって特徴付けられた。 HDFは、線維芽細胞のマーカーであるビメンチン( 図1A)に陽性である。主要HEKは非常初期分化タンパク質、サイトケラチン14( 図1B)が、ほぼ無後期ケラチノサイト分化タンパク質、サイトケラチン10( 図1C)を発現する。
初代培養の後、我々は、細胞培養フラスコから細胞を剥がし、FTSEの生成のためにそれらを使用する。 FTSEは気液界面( 図2B)で14日間培養したsubmers培地条件( 図2A)の下で7日間培養した。このプロセス中、fはかなり東証契約。 21日以内にHEKは( 図2...
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インビトロで細胞は通常、細胞がプラスチック表面に付着した二次元細胞培養物中で増殖させる。しかしながら、これらの培養条件は、細胞が生体内で成長する生理学的三次元の条件を反映していない。三次元の条件の下では、細胞は、天然の細胞 - 細胞および細胞 - マトリックスの添付ファイルを形成することができ、三次元に遊走する。特にin vivoでの状況の類似治癒皮膚創傷における細胞遊走及びマトリックスの生成は、創傷治癒の重要な要素であるように、意味のあるデータを生成することが極めて重要である。
これらの条件を模倣するために、我々は、ヒト初代細胞で構成され、皮膚および皮膚の表皮層の両方を反映していることFTSEを開発した。空気-液体界面での培養の2週間、HEK、異なる分化段階でケラチノサイトのいくつかの層から成る表皮と角質層を形成する。 Furthermore、真皮層は、I型コラーゲンは、ヒドロゲル中に埋め込まれているHDF、から構成されている。培養時間の間、HDFは、モデル( 図2B)の有...
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著者らは開示するものは何もない。
著者は、自動創傷装置の建設に関する協力に対してフラウンホーファーISCに感謝します。このプロジェクトは、フラウンホーファーの内部プロジェクト「Märkte von Übermorgen」(SkinHeal)によって設立されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| トリプシンEDTA(1:250)0.5%DPBS | PAA | L11-003 | 0.05% |
| ダルベッコs リン酸緩衝生理食塩水 | Sigma | D8537 | |
| コラーゲン (0.1% 酢酸で 6 mg/ml) | Produced in house | ||
| フィブロネクチン ヒトタンパク質、血漿 (50 &マイクロ;g / ml) | Life Technologies | 33016-015 | |
| Nunc | 140627 | ||
| 6ウェルプレート | Nunc | 140685 | |
| 24ウェルプレート | Nunc | 142485 | |
| 顕微鏡スライド | R. Langenbrinck | 03-0070< | |
| >DMEM, high glucose | Life Technologies | 11965-092 | 89% (445 ml) |
| ウシ胎児血清 | バイオ &FCSを売る | 。ADD.0500 | 10% (50 ml) |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (10,000 U/ml) | Life Technologies | 15140-122 | 1% (5 ml) |
| Keratinozyten 培養培地 (500 ml): | |||
| Keratinocyte Growth Medium 2 | Promocell | C-20111 | 89% (445 ml) |
| ケラチノサイト増殖培地 2 サプリメントパック | プロモセル | C-39011 | |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (10,000 U/ml) | Life Technologies | 15140-122 | 1% (5 ml) |
| Gel neutralization solution (250 ml): | |||
| >Dulbecco's Modified Eagle Medium, high Glucose Powder with L-Glutamine | PAA G0001,3010 | 93% (232.5 ml) | |
| サメ軟骨由来のコンドロイチン硫酸ナトリウム塩 | Sigma | C4384-1g | 1% (2.5 ml) |
| ウシ胎児血清 | バイオ &FCSを売る | 。ADD.0500 | 3% (7.5 ml) |
| HEPES | Sigma | H3375-1kg | 3% (7.5 ml) |
| Skin model submers medium (500 ml): | |||
| >ケラチノサイト増殖培地2 | プロモセル | C-20111 | |
| ケラチノサイト増殖培地2 サプリメントパック | プロモセル | C-39011 | |
| 子牛胎児血清 | Bio &FCSを売る | 。ADD.0500 | 5%-2% (25 ml-10 ml) |
| ペニシリン-ストレプトマイシン (10,000 U/ml) | Life Technologies | 15140-122 | 1% (5 ml) |
| Skin model air-liquid interface medium (500 ml): | |||
| >Keratinocyte Growth Medium 2 | |||
| Growth Medium 2 Supplement Pack | Promocell | C-39011 | のみを追加:インスリン、ヒドロコルチゾン、エピネフリン、トランスフェリン、CaCl<サブ>2 |
| ペニシリン-ストレプトマイシン(10,000 U / ml) | Life Technologies | 15140-122 | 1%(5 ml) |
| CaCl2(300 mM) | Sigma | C7902-500g | 0.62% (3.1 ml) |
| Histology: | |||
| >IHC-Kit DCS SuperVision 2 HRP | DCS | PD000KIT | |
| Vimentin antibody | Abcam | ab92547 | |
| CK14 antibody | Sigma | HPA023040-100µl | |
| CK10抗体 | Dako | M7002 | |
| Filaggrin 抗体 | Abcam | ab81468 | |
| H&E染色: | |||
| メイヤー´s Haemalaun | AppliChem | A0884,2500 | |
| キシロール | シグマ Aldrich | 296325-4X2L | |
| エタノール | Σ Aldrich | 32205-4X2.5L | |
| HCl Σ | Aldrich | H1758-500ML | |
| Eosin | Sigma Aldrich | E4009-5G | |
| 2-Propanolol | Σ Aldrich | I9516-500ML | |
| 取付ミディア | シグマ アルドリッチ | M1289-10ML |
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