Skóra jest największym organem w ciele, a naskórek jest najbardziej zewnętrzną warstwą. Naskórek odgrywa kluczową rolę w tworzeniu nienaruszonej bariery naskórkowej oddzielającej organizm od środowiska, a tym samym zapobiega utracie wody i zapewnia ochronę przed szkodliwymi czynnikami środowiskowymi, takimi jak alergeny, patogeny i ekspozycja na promieniowanie UVB. Naskórek rozwija się z pojedynczej warstwy niezróżnicowanych keratynocytów podstawnych (KC) w wielowarstwowy nabłonek warstwowy składający się z warstwy podstawnej, a następnie warstwy kolczystej, warstwy ziarnistej i warstwy rogowej naskórka. Podstawowe KC, składające się zarówno z komórek macierzystych naskórka, jak i komórek wzmacniających tranzyt, są proliferacyjne i niezróżnicowane. Gdy podstawowe KC opuszczają cykl komórkowy, komórki zobowiązują się do różnicowania i stopniowo migrują w kierunku powierzchni naskórka, czemu towarzyszy dojrzewanie połączeń komórka-komórka i tworzenie bariery przepuszczalności naskórka (EPB). KC w warstwie kolczystej wyrażają wczesne markery różnicowania, takie jak keratyna 10 (K10); gdy KC migrują do warstwy ziarnistej, komórki wyrażają późne markery różnicowania, takie jak filagryna (FLG), lorycyna (LOR) i inwolukryna (INV). W warstwie rogowej naskórka KC stają się terminalnie zróżnicowanymi korneocytami, które ostatecznie są zrzucane przez złuszczanie, gdy zastępują je nowe komórki.
Wapń jest uważany za najbardziej fizjologiczny czynnik w naskórku i w podobny sposób wywołuje różnicowanie in vitro i in vivo. W normalnym naskórku skóry jony wapnia tworzą charakterystyczny "gradient stężeń", zwiększając swoje stężenie w kierunku powierzchni skóry1,2,3. Stężenie wapnia wzrasta od niskich poziomów w najniższych podwarstwach (warstwa podstawowa i kolczysta) do szczytu w górnej warstwie ziarnistej, a następnie spada do znikomych poziomów w najbardziej powierzchownej warstwie (warstwa rogowa naskórka). Gradient wapnia rozwija się również równolegle z pojawieniem się bariery przepuszczalności składników, która potwierdza, że sygnalizacja wapniowa odgrywa kluczową rolę w różnicowaniu KC. W warunkach in vitro niski poziom wapnia (0,02-0,1 mM) utrzymuje proliferację podstawowych KC jako monowarstwy, podczas gdy wysoki poziom wapnia (>0,1 mM) indukuje szybkie i nieodwracalne zaangażowanie komórek w końcowe różnicowanie, co wykazano przez tworzenie ścisłych połączeń i indukcję LOR i INV po leczeniu wysokim poziomem wapnia do podstawowych KC4,5.
Oprócz tworzenia bariery, naskórkowe KC są również ważnym składnikiem wrodzonego układu odpornościowego skóry. W odpowiedzi na patogeny lub wzorce molekularne związane z uszkodzeniem (DAMP) uwalniane po napromieniowaniu UVB lub urazie, KC mogą wytwarzać duże ilości cytokin zapalnych, takich jak TNFα, IL6 i IFNβ, co prowadzi do aktywacji układu odpornościowego6,7,8,9. Chociaż do usunięcia patogenu wymagana jest właściwa sygnalizacja zapalna z KC, niekontrolowana reakcja zapalna może wywołać rozwój autozapalnych chorób skóry, takich jak łuszczyca i trądzik różowaty6,8.
Ogólnie, KC odgrywają istotną rolę w utrzymaniu nienaruszonej bariery skórnej i inicjowaniu odpowiedzi immunologicznej na inwazję patogenów lub zniewagi środowiska. Dlatego pierwotna hodowla naskórkowych KC jest przydatną techniką do badania biologii nabłonka, różnicowania KC, a także stymulowanych przez KC wrodzonych odpowiedzi immunologicznych. Izolacja i hodowla pierwotnych naskórkowych KC myszy może być trudnym procesem ze względu na podatność i wrażliwość KC na różne zewnętrzne stymulanty. Tutaj opisujemy metodę izolowania i hodowli KC ze skóry noworodków myszy lub skóry ogona dorosłej myszy. Do izolacji dorosłych KC nie używamy skóry grzbietowej myszy, ponieważ wyizolowanie wystarczającej ilości żywotnych KC z tej tkanki może być trudne z następujących powodów: Po pierwsze, dorosła skóra grzbietowa w spoczynkowej fazie cyklu włosa (telogen) składa się z cienkiego naskórka z zaledwie 1-2 warstwami komórek, co prowadzi do niskiej wydajności komórek i nieefektywnego oddzielenia naskórka od skóry właściwej, co jest krytycznym krokiem dla udanej izolacji KC. Po drugie, wysoka gęstość mieszków włosowych, która jest obecna na skórze grzbietowej osoby dorosłej, dodatkowo przyczynia się do trudności w oddzieleniu naskórka od skóry właściwej. Zamiast tego rutynowo używamy skóry ogona jako źródła KC dla dorosłych myszy, ponieważ nabłonek ten jest grubszy i składa się z 3-5 warstw KC naskórka. Ma również niższą gęstość mieszków włosowych, co nie zakłóca separacji naskórka, umożliwiając w ten sposób izolację KC od skóry ogona dorosłej myszy, niezależnie od wieku i etapu cyklu włosów myszy. Izolowane noworodkowe KC wysiewa się do szalek hodowlanych pokrytych żelatyną, podczas gdy naczynia pokryte kolagenem są używane do wysiewu izolowanych dorosłych KC ze względu na upośledzoną zdolność dorosłych komórek do przylegania w porównaniu z ich noworodkowymi odpowiednikami. Aby hodować myszy KC, podłoże podstawowe o niskiej zawartości wapnia jest uzupełniane dGS, który zawiera naskórkowy czynnik wzrostu (EGF), bydlęcą transferynę, insulinopodobny czynnik wzrostu c1 (IGF1), prostaglandynę E2 (PGE2), albuminę surowicy bydlęcej (BSA) i hydrokortyzon. Między 2-4 dniami po początkowym posiewie większość zróżnicowanych KC może zostać zmyta podczas codziennych zmian podłoża, a pozostałe przylegające komórki wykazują typową morfologię kostki brukowej4, rozmnażają się i nie wyrażają wczesnego markera różnicowania K10.