1. Przygotowanie szalek pokrytych Sylgardem, komór eksperymentalnych i żyletek
- Do prawidłowego siekania wyizolowanej siatkówki w celu uzyskania pojedynczych komórek fotoreceptorów potrzebne są 35 mm szalki Petriego firmy Falcon pokryte elastomerem Sylgard. Elastomer przygotowuje się zgodnie z instrukcją dostawcy, a niewielką jego ilość wlewa się do każdej szalki, aby pokryć jej dno warstwą materiału. Po pokryciu należy założyć pokrywki na szalki i je przechować. Po kilku dniach elastomer twardnieje i szalki są gotowe do użycia.
- Wyizolowane fotoreceptory muszą przylegać do dna komory eksperymentalnej, aby pozostały unieruchomione podczas eksperymentu obrazowania. Osiąga się to poprzez pokrycie dna komór poli-L-lizyną lub poli-L-ornityną. Do każdej komory dodaje się 200 μL 0,01% roztworu jednej z tych substancji, a następnie przykrywa komory ręcznikiem papierowym, aby chronić je przed kurzem. Po wyschnięciu roztworu komory płucze się wodą destylowaną i przechowuje w zamkniętym pudełku. Należy ich użyć w ciągu 2 tygodni.
- Aby oczyścić komory po zakończeniu eksperymentu, należy przemyć je 100% etanolem w celu usunięcia oleju z obiektywu imersyjnego oraz szczątków komórkowych. W celu usunięcia szczątków komórkowych należy użyć aplikatorów z bawełnianą końcówką i ostrożnie wyszorować dno komory. Następnie komory płucze się wodą destylowaną i pozostawia do wyschnięcia przed ponownym pokryciem.
- Dwustronne żyletki należy pociąć na małe kawałki (8 z jednej żyletki) za pomocą metalowego przecinaka.
2. Przygotowanie roztworów
- Skład roztworów zależy od gatunku. Dla płazów roztwór Ringera zawiera (w mmol/L): 110 NaCl, 2,5 KCl, 1,6 MgCl2, 1 CaCl2, 5 HEPES, pH = 7,55. Wartość pH należy dostosować do wartości końcowej za pomocą NaOH. Dla ssaków roztwór Ringera zawiera (w mmol/L): 130 NaCl, 5 KCl, 0,5 MgCl2, 2 CaCl2, 25 hemisodowego HEPES, pH = 7,40. Roztwór Ringera można przechowywać w szczelnie zamkniętym naczyniu w temperaturze pokojowej przez kilka miesięcy.
- Zatężony roztwór glukozy, 1 mol/L, przechowywany w temperaturze -20 °C w celu uniknięcia wzrostu bakterii.
- W dniu eksperymentu dodać glukozę do roztworu Ringera do końcowego stężenia 5 mmol/L. Na koniec dnia należy zutylizować roztwór Ringera zawierający glukozę, ponieważ mogą w nim rozwijać się bakterie.
3. Izolacja siatkówek
- Aby prawidłowo wyciąć siatkówkę, ważne jest, aby zwierzę było adaptowane do ciemności przez co najmniej 2-3 godziny przed uśmierceniem. Zwierzęta powinny być adaptowane do ciemności w odpowiednim wentylowanym pojemniku w ciemni.
- Napełnij dwie szalki Petriego o średnicy 35 mm do połowy roztworem Ringera.
- Uśmierć zwierzę przy słabym czerwonym świetle i usuń gałki oczne. Następnie wszystkie procedury wykonuje się w świetle podczerwonym przy użyciu mikroskopu sekcyjnego lub kamery z monitorem wideo.
- Usuń wszelkie pozostałości tkanek z zewnętrznej powierzchni oka. Odetnij i usuń część przednią, a następnie przenieś oczodoł do jednej z szalek Petriego wypełnionych roztworem Ringera.
- Usuń ciało szkliste i ostrożnie oddziel siatkówkę od reszty oczodołu, odrywając lub odcinając wszelkie przyczepy. Delikatnie unieś siatkówkę i całkowicie oddziel ją od oczodołu.
- Przenieś siatkówkę do drugiej szalki Petriego za pomocą plastikowej pipety transferowej. Przechowuj szalkę z siatkówką w szczelnym, nieprzepuszczającym światła pudełku.
4. Izolacja pojedynczych komórek fotoreceptorów
- Wszystkie procedury przeprowadza się w świetle podczerwonym. Odcina się niewielki fragment siatkówki i przenosi go za pomocą plastikowej pipety do szalki pokrytej Sylgardem. Objętość roztworu zawierającego fragment siatkówki powinna wynosić około 250 μL.
- Za pomocą uchwytu chwyta się mały fragment żyletki tak, aby krawędź ostrza była ustawiona pod kątem około 45° względem uchwytu. Fragment siatkówki rozplaszcza się na warstwie Sylgardu, a następnie za pomocą ostrza drobno sieka, dbając o to, aby tkanka pozostawała przyklejona do warstwy Sylgardu.
- Przenosi się 200 μL roztworu zawierającego komórki do komory eksperymentalnej – wszelkie pozostałe fragmenty siatkówki pozostawia się w szalce pokrytej Sylgardem. Komorę z izolowanymi komórkami przechowuje się w szczelnym, nieprzepuszczającym światła pudełku.
- Należy odczekać 10 min, aż komórki osiądą, a następnie dodać 2-3 mL roztworu Ringera. Na tym etapie izolowane komórki można obciążyć odpowiednim barwnikiem fluorescencyjnym (np. Fura-2) zgodnie z protokołem wprowadzania barwnika.
- Komórki można teraz przenieść na stolik mikroskopu w celu przeprowadzenia eksperymentów.
5. Obrazowanie fluorescencyjne
- Przenieś komorę na stolik mikroskopu epifluorescencyjnego. Dostosuj perfuzję roztworu, sondy temperatury, oświetlenie podczerwone itp.
- Zaciągnij zasłony i rozpocznij eksperyment. Włącz światło podczerwone wewnątrz obudowy mikroskopu, ustaw ostrość na dnie komory eksperymentalnej i przesuwaj stolikiem w poszukiwaniu komórek.
6. Reprezentatywne wyniki:
Ryc. 1 przedstawia morfologię zdrowych, wyizolowanych fotoreceptorów pręcikowych i czopkowych uzyskanych za pomocą tego protokołu z siatkówki salamandry (Ambystoma tigrinum). Komórki salamandry są szeroko stosowane w badaniach obrazowania fluorescencyjnego pojedynczych komórek ze względu na ich duży rozmiar oraz zdolność do przeżycia przez kilka godzin po izolacji z siatkówki. Ponadto z siatkówki salamandry można regularnie pozyskiwać zarówno fotoreceptory pręcikowe, jak i czopkowe.
Jednym z ważnych kryteriów oceny stanu zdrowia komórek jest obecność nienaruszonego elipsoidu (Rys. 1), czyli części komórki, w której skoncentrowane są mitochondria. Podczas obserwacji komórek w optyce DAPI, ta koncentracja mitochondriów daje silny sygnał fluorescencyjny (Rys. 2) ze względu na obecność NADH. Brak nienaruszonego elipsoidu jest oznaką uszkodzenia komórki, która zazwyczaj nie nadaje się do eksperymentu. Rys. 3 przedstawia uszkodzony fotoreceptor pręcikowy salamandry z obrzękniętym ciałem komórki i skondensowanym jądrem. Takie komórki wykazują znacznie słabszą fluorescencję w optyce DAPI, ale w optyce FITC widoczny jest silny sygnał FAD w obszarze elipsoidu (pochodzący od utlenionych nukleotydów flawinowych i flawoprotein). Kolejnym kryterium oceny stanu zdrowia wyizolowanych fotoreceptorów jest ich zdolność do generowania witaminy A (retinolu całkowicie-trans) w segmentach zewnętrznych po stymulacji światłem. Generowanie witaminy A wymaga znacznych ilości NADPH, co zależy od sprawności mechanizmów metabolicznych. Rysunki 4 i 5 przedstawiają tworzenie się witaminy A w segmentach zewnętrznych odpowiednio nienaruszonych fotoreceptorów pręcikowych żaby i myszy.

Rycina 1. Zdrowe pojedyncze fotoreceptory typu pręcika i czopka. Komórki zostały wyizolowane z siatkówki salamandry tygrysiej. Fototransdukcja zachodzi w segmencie zewnętrznym, a elipsoid jest gęsto wypełniony mitochondriami. Pręciki odpowiadają za widzenie w słabym świetle, a czopki za widzenie w jasnym świetle.

Rysunek 2. Fluorescencja żywych pręcików i czopków salamandry. Są to komórki zaadaptowane do ciemności, wykazujące silną fluorescencję NADH w odpowiednich ellipsoidach oraz brak istotnej fluorescencji witaminy A w ich segmentach zewnętrznych. Rejestracja obrazu fluorescencyjnego reprezentuje ich pierwszą ekspozycję na światło widzialne po okresie adaptacji do ciemności.

Rysunek 3. Uszkodzony fotoreceptor pręcikowy salamandry. Obrzęknięte ciało komórki oraz skondensowane jądro świadczą o uszkodzeniu. Komórka jest utleniona i wykazuje minimalny sygnał NADH (optyka DAPI), lecz znacznie silniejszy sygnał FAD (optyka FITC).

Rycina 4. Pręcik żaby z NADH i retinolem. Jest to zdrowy fotoreceptor pręcikowy żaby wykazujący silną fluorescencję NADH w obszarze elipsoidalnym. Przed ekspozycją na światło w segmencie zewnętrznym występuje minimalna fluorescencja. Po ekspozycji na światło obserwuje się znaczny wzrost fluorescencji w segmencie zewnętrznym wynikający z tworzenia się witaminy A.

Rycina 5. Pręcik myszy z retinolem. Przedstawiony jest zdrowy fotoreceptor typu pręcika myszy wykazujący znaczącą fluorescencję segmentu zewnętrznego po ekspozycji na światło, co wynika z tworzenia się witaminy A. Regiony elipsoidalne fotoreceptorów typu pręcika myszy nie wykazują silnego sygnału fluorescencyjnego.