ここでは、マウスの眼から網膜を分離し、 ex vivo での長時間の実験を行うための詳細な方法論を提供します。このプロトコルは、生体組織中に網膜グリア をin situ に保つことによって得られる研究手段を利用したい研究者にとって、この技術的に要求の厳しいアプローチを利用できるようにすることを強調しています。
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ここでは、マウスの眼から網膜を分離し、 ex vivo での長時間の実験を行うための詳細な方法論を提供します。このプロトコルは、生体組織中に網膜グリア をin situ に保つことによって得られる研究手段を利用したい研究者にとって、この技術的に要求の厳しいアプローチを利用できるようにすることを強調しています。
緑内障におけるグリアの役割はますます目立つ研究トピックですが、これらの支持細胞の集団、つまりアストロサイトとミクログリアが網膜神経節細胞の生存にどのように影響するかについては、多くのことがわかっています。in vivoモデルとin vitroモデルではある程度の知見が得られますが、前者では末梢免疫応答の影響、後者では細胞単離と培養によって誘発される生理機能の変化など、どちらのアプローチにも大きな制限があります。これらの交絡因子を最小限に抑えるために、アストロサイト、ミクログリア、およびその他の網膜細胞タイプを少なくとも3日間in situで維持できるex vivo網膜外植片システムを開発し、in vivoモデルで通常実現可能なよりも高いスループットで標的を絞った調査を可能にしました。重要なことに、このアプローチは、生きている動物では困難または実行不可能な方法論に非常に適していますが、無傷の神経組織の一般的な下流アッセイとの互換性を保ちます。ここでは、無傷の網膜外植片の単離と培養に適したプロトコルと、ex vivo網膜のグリア細胞と網膜神経節細胞が受けた変化を文書化した免疫蛍光顕微鏡の代表的な結果を示します。
光感受性網膜は、目の奥にある中枢神経系(CNS)の延長線上にあり、視力には不可欠ですが、急性の損傷と慢性疾患の両方に脆弱です。他の中枢神経系領域と同様に、成体網膜のニューロンは失われても置換されず、視覚情報を集約して脳に中継する網膜神経節細胞(RGC)は、緑内障における機能障害や死に対して特に脆弱であり、不可逆的な視力喪失をもたらす1,2。緑内障は世界中で失明の主な原因となっています3が、罹患した個人に壊滅的な影響を与え、社会に全体的なコストがかかるにもかかわらず、病気の初期段階がRGCの損失にどのように寄与するかについては、多くのことが不明なままです4。グリアの役割は、緑内障の病態生理学における主要な研究領域であり、これらの非ニューロン支持細胞はRGCの生存に不可欠であり5、しかし、有益な行動6を減少させる可能性のある疾患の表現型の変化を受けるか、または有害な表現型7の採用を促進する可能性があります。グリアという用語は、CNS全体にわたるさまざまな特殊な細胞型を包含しているが8、これらは大きく2つのカテゴリーに分けることができる - ニューロンと発生系統を共有し、栄養的、エネルギー的、構造的サポートを提供するもの9と、骨髄系起源のものが特殊な免疫監視および応答課題10を実行するもの.両カテゴリーの代表者(前者では星状細胞とミュラー細胞、後者ではミクログリア)が網膜に存在し5、緑内障で大きな変化を遂げ、疾患の進行とRGC生存におけるそれらの役割について重大な疑問を提起する。
これらの疑問に答えようとする努力は、in vivoおよびin vitro研究の両方に課題を提示するレチナールグリアの本質的な特性によって部分的に妨げられています。ニューロンとは異なり、電気的には比較的静かであるため、in vivoでRGCや光受容体の機能評価を可能にするERGのようなアプローチは、グリアの機能や行動の変化を調べるのには適していません。また、緑内障の誘導性12モデルと自然発生13モデルが利用可能ですが、疾患の最も早い時点でのグリアの変化については多くの不明なままです。これは、検出可能なRGC損失に先行する可能性があります。これらのモデルの多くで疾患状態の浸透度が異なることによって問題が悪化します。さらに、臨床的および実験的緑内障の両方からの証拠は、末梢免疫細胞からの寄与を示唆しており、これはミクログリアのものと区別するのが難しい可能性がありますが、それらが疾患の進行に影響を与えるために異なる「方向」に作用する可能性があるという指標にもかかわらず14,15。
in vitroで網膜グリアを研究することにも課題がたくさんあります。アストロサイト16,17およびミクログリア18の脳からの単離と培養は十分に確立されているが、最近の研究では、CNS領域間、特にアストロサイト19における広範なグリアの不均一性が強調されており、ある領域に存在する表現型は、網膜20,21のような別の領域のグリアには存在しない可能性がある.しかし、研究のために網膜アストロサイトとミクログリアを直接単離することは特に困難であり、両方の細胞タイプは比較的まばらであり、それぞれがマウス網膜の推定650万個の細胞の1%未満を占めている22,23,24。さらに、ニューロンとは異なり、グリアは高度に可塑性であり、周囲の劇的な変化に迅速に適応します16,18,25;その結果、in vitroでこれらの細胞で観察される行動は、健康や病気で一般的に見られる表現型パターンではなく、新しい環境への特定の適応を表している可能性があります。in vivo実験とレチナールグリアの初代培養の両方の限界を考慮して、グリア、RGC、および網膜の他の要素をex vivoの文脈でin situ保存する中間的なアプローチ(網膜外植片)を模索しました。in vivoモデルと比較して、このアプローチは、実験時間の経過を短縮し26、網膜グリア27の直接的な実験的操作を可能にし、末梢免疫細胞浸潤14の潜在的に交絡的な影響を回避する。逆に、初代細胞培養とは異なり、細胞外環境の破壊は最小限に抑えられ、グリアは無傷で形態学的に認識可能なままであり、酵素的および機械的破壊後のこれらの細胞を本質的に再増殖および同定することに関連する課題を回避します16,25。
以前に述べた網膜外植片の方法論と比較して、このアプローチは、技術的な信頼性、再現性、およびアクセシビリティ26,28を改善するためのアプローチの「使いやすさ」の最大化に焦点を当てることを強調している。他の研究者との個人的なコミュニケーションの中で、生きた網膜の取り扱いに関連する技術的な課題は、外植片を利用しようとしている多くの人々にとって大きなハードルである一方で、培養中の外植された網膜の維持は、適切な細胞培養施設を持つグループにとって比較的簡単であることがわかりました。したがって、このプロトコルには、網膜分離に関連する学習曲線を短縮し、研究者が実験データの収集をより迅速に開始できるようにすることを目的とした多くのイノベーションが含まれています。最後に、この外植片モデルの可能性に特に重点を置いて、レチナールグリアの挙動を調査し、主に免疫蛍光顕微鏡で特徴付けていますが、他の網膜細胞の種類と構造も大部分保存されており、外植された網膜は幅広い追加の調査技術に従順なままです。
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動物が関わるすべての手順は、シェペンス眼科研究所の動物施設管理・使用委員会(IACUC)によって承認されました(プロトコル#2022N000030、2025年3月4日承認)。動物は、眼科および視覚研究における動物の使用に関する視覚および眼科研究学会(ARVO)の声明に従って取り扱われました。
注: 図1 は、除核マウスの眼から生きた網膜を分離するための主要なステップを示しています。

図1:除核したマウスの眼から生きた網膜を分離するための主要なステップを図式化 したものです。主要なステップの対応するステップ番号は、円で囲まれています。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
1. 事前準備
2. 絶縁と実装
3. 培地への移し替えと維持管理
4. 免疫染色のための固定(オプション)
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巨視的なスケールでは、外植された網膜は、1日と3日の両方の時点で基本的に変化しませんが、後者になると比較的壊れやすくなり、固定やその他の実験的エンドポイントの前に慎重な取り扱いが必要になります。網膜は比較的平らで、折り畳みがなく(これにより酸素と栄養素の拡散が局所的に妨げられる可能性があります)、気液界面と細胞培養インサートの間の培地に懸濁する必要があります。3日目までに、懸濁した組織の下のインサートの底にかすかな縞が形成されることがあります。明視野位相差顕微鏡による検査では、特に24時間から72時間の時点で、細胞の破片、おそらく変性光受容体の外側の部分が適度に排出されていることが示唆されています。これは、光受容体の脆弱性と、網膜単離中に大部分が失われるRPE基質への依存性を考えると、驚くべきことではありません。ただし、メディア自体が曇っているように見える場合は、微生物汚染の可能性を調査する必要があります。最初の単離プロセスで網膜をバイオセーフティキャビネットの外側で扱ったにもかかわらず、どのサンプルでも微生物汚染を検出することができず、滅菌バッファーの使用、ペニシリン(100 U/mL)とストレプトマイシン(100 μg/mL)の培養...
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レチナール外植片などの器官型培養32のアプローチは、細胞培養の実験的柔軟性と迅速なターンアラウンドタイムを利用しながら、in vivo研究のin situコンテキストの多くを保持し、細胞タイプ間の複雑な相互作用を調査するための強力な手段となっています。このプロトコルは、目に関する豊富な経験があり、固定網膜の操作に慣れているが新しい網膜ではない研究者のためのエントリーポイントとして提示します。そのため、私たちは、分離と取り扱いに関連する技術的な課題とばらつきを減らすことに注力してきましたが、これは私たちの経験から、一貫したサンプルを確実に生成するための大きな障壁であることが明らかになりました。しかし、眼は構造と組織で構成される複雑な器官であり、その構造と組織の性質は機能的にほぼ同じであり、マウスの眼のコンパクトな性質は、損傷なしに網膜を抽出するという課題をさらに悪化させます。したがって、単離中に網膜への過剰な構造的または代謝的損傷を回避し、高品質の組織を確実に得るためには、ある程度の柔軟性...
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著者は何も開示していません。
M.A.M. は、NIH/NEI R01EY035312、Glaucoma Research Foundation Catalyst for a Cure Award、Melza M. and Frank Theodore Barr Foundation、Robert M. Sinskey, MD, Foundation、Ruettgers Family Charitable Foundation、B.L. Manger Foundationの支援を受けました。P.F.C.はNIH/NEI 2T32EY007145によってサポートされました。この作業は、NIH Core Grant for Vision Research P30 EY003176によっても実現されました。 図 1 は Biorender で生成したものです。著者らは、原稿に対するフィードバックを提供してくださったNasir Uddin博士と、支援とサポートを提供してくださったQiurong Zhu博士に感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| #11 メスの刃 | Bard-Parker | 3,71,311 | |
| 1 mL ピペット ('Pipetman P1000') | Gilson | F144059M | |
| 100 mm ペトリ皿 | Falcon | 351029 | |
| 16% パラホルムアルデヒド | Ted Pella Inc | 18,505 | 固定用 4% に希釈 |
| 24 ウェルプレート | Falcon | 353047 | 固定、ブロッキング、抗体インキュベーション |
| 35 mm ペトリ皿 | Falcon | 351008 | |
| 6 ウェル プレートおよびインサート キット | Greiner bio-one | 657641 | |
| Alexa Fluor 488-Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc. | 711-545-152 | 1:800 希釈 |
| Alexa Fluor 594 ロバ抗ラット IgG (H+L) 高度に交差吸着された | Invitrogen | A-21209 | 1:800 希釈 |
| Alexa Fluor 594-F(ab')2 ロバ抗マウス IgG (H+L) | ジャクソン免疫研究所 | 715-586-150 | 1:800 希釈 |
| Alexa Fluor 647-ロバ抗モルモット IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc. | 706-605-148 | 1:800 希釈 |
| Alexa Fluor 647-F(ab')2 ロバ抗チキン IgY (IgG) (H+L) | ジャクソン免疫研究所 | 703-606-155 | 1:800希釈 |
| 付き鉗子('5/45') | FST / Dumont | 11251-35 | |
| 抗Brn3a抗体(マウス) | Chemicon | MAB1585 | 1:200希釈抗 |
| CD206抗体(ラット) | Biorad | MCA2235 | 1:200希釈 |
| GFAP抗体(ニワトリ) | Abcam | ab4674 | 1:1000希釈抗 |
| Iba1抗体(ウサギ) | 富士フイルム和光ピュアケミカル株式会社 | 019-19741 | 1:500希釈抗 |
| Tmem119抗体(モルモット) | シナプスシステム | 400 004 | 1:500希釈 |
| B-27、50x | Gibco(サーモフィッシャー) | 17504044 | |
| 鈍い湾曲鉗子('Extra Fine Graefe)FST | 11152-10 | ||
| シ血清アルブミン | マアルドリッチ | A9647 | ブロッキングおよび抗体インキュベーションに 1% w/v を使用 |
| キット (0.2 & micro;m aPESメンブレン、150 mLボトルトップフィルター) | フィッシャーサイエンティフィ | FB12566508 | |
| ファインブラシ、サイズ 3/0 | プリンストン アート & ブラシ カンパニー | 06435-1030 | |
| GlutaMax | Gibco (サーモフィッシャー) | 35050061 | |
| ラボワイプ (Kim ワイプ) | KIMTECH | 34155 | |
| N-2、100x | Gibco (Thermofisher) | 17502048 | |
| Neurobasal-A 培地、フェノールレッド | Gibco (Thermofisher) を除いたもの (Thermofisher) | 12349015 | |
| ノーマル ロバ血清 | Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc. | 017-000-121 | ブロッキングおよび抗体インキュベーションに10%で使用 |
| ニシリン-ストレプトマイシン | Gibco(Thermofisher) | 15140122 | |
| ペットチップ、1000&マイクロ;L | TipOne | 1126-7810 | |
| スプリングハサミ ('Cohan-Vannas') | FST | 15000-11 | |
| 滅菌水 ('Dnase, Rnase free') | Invitrogen | 10977-015 | |
| 滅菌ろ過 PBS | Gibco | 10010-023 | |
| ストレート鉗子 ('mini') | FST / Dumont | 11200-14 | |
| トランスファーピペット、5.8 mL | フィッシャーサイエンティフィ | 13-711-9AMMD | |
| Triton X-100 | サーモサイエンティフィックケミカルズ | A16046。AP | ブロッキングおよび抗体インキュベーションに0.5%で使用 |
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