Ten protokół opisuje nowatorski trójwymiarowy model in vitro, w którym komórki zrębu rogówki i zróżnicowane komórki neuronalne są hodowane razem, aby pomóc w badaniu i zrozumieniu interakcji dwóch typów komórek.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje nowatorski trójwymiarowy model in vitro, w którym komórki zrębu rogówki i zróżnicowane komórki neuronalne są hodowane razem, aby pomóc w badaniu i zrozumieniu interakcji dwóch typów komórek.
Inżynieria tkankowa zyskała duże uznanie ze względu na duże zapotrzebowanie na zamienniki ludzkiej rogówki, a szacuje się, że 10 milionów ludzi na całym świecie cierpi na utratę wzroku rogówki1. Aby sprostać zapotrzebowaniu na żywotne ludzkie rogówki, poczyniono znaczne postępy w trójwymiarowej (3D) inżynierii tkankowej2,3,4. Te modele rogówki obejmują zarówno proste systemy jednowarstwowe, jak i modele wielowarstwowe, co prowadzi do pełnowymiarowych odpowiedników rogówki 3D2.
Jednak użycie 3D tkankowej rogówki w kontekście badanych do tej pory modeli chorób in vitro nie przypomina wielowarstwowej struktury tkanki rogówki 3D, funkcji i sieci różnych typów komórek (tj. nerwu, nabłonka, zrębu i śródbłonka)2,3. Ponadto wzrosło zapotrzebowanie na modele tkanek rogówki in vitro w celu ograniczenia testów na zwierzętach w przypadku produktów farmaceutycznych. W związku z tym potrzebne są bardziej wyrafinowane modele, aby lepiej dopasować systemy do wymagań fizjologicznych człowieka, a opracowanie modelu, który jest bardziej odpowiedni dla populacji pacjentów, jest absolutnie konieczne. Biorąc pod uwagę, że wiele typów komórek w rogówce jest dotkniętych chorobami i dystrofiami, takimi jak stożek rogówki, keratopatia cukrzycowa i Fuchs, model ten obejmuje model kohodowli 3D pierwotnych ludzkich fibroblastów rogówki (HCF) od zdrowych dawców i neuronów z linii komórkowej SH-SY5Y. Dzięki temu po raz pierwszy możemy zbadać interakcje między dwoma typami komórek w ludzkiej tkance rogówki. Uważamy, że ten model może potencjalnie przeanalizować mechanizmy leżące u podstaw interakcji zrębu i nerwów w chorobach rogówki, które wykazują uszkodzenia nerwów. Ten model 3D odzwierciedla podstawową anatomiczną i fizjologiczną naturę tkanki rogówki in vivo i może być wykorzystany w przyszłości jako narzędzie do badania wad rogówki, a także do badania przesiewowego skuteczności różnych środków przed testami na zwierzętach.
W ludzkim ciele rogówka jest najgęściej unerwioną tkanką. Nerwy są odpowiedzialne za różne odczucia, takie jak dotyk, ból, temperatura, a także odgrywają istotną rolę w gojeniu się ran, odruchach mrugania, produkcji łez i wydzielaniu5,6,7. W rogówce pnie nerwów zrębowych wyrastają ze splotu rąbka i promieniście wchodzą do obwodowego zrębu rogówki. Organizacja nerwów zrębowych jest równoległa do blaszek kolagenowych i dalej rozgałęziają się na mniejsze pęczki, gdy podążają w kierunku powierzchownego zrębu 5,8. Włókna nerwowe dalej wnikają w warstwę nabłonkową, a tym samym unerwienie jest szeroko rozprzestrzenione po nabłonku rogówki i zrębie. Dlatego unerwienie odgrywa zasadniczą rolę w zdrowym i chorobowym stanie rogówki. W tym protokole ujawniamy postęp w pracach nad nowatorskim modelem 3D in vitro, który jest pierwszym tego rodzaju naśladującym interakcje zrębu i nerwów in vivo. Do tego badania wykorzystano linię komórkową SH-SY5Y, ponieważ jest to jedna z najbardziej ugruntowanych, dobrze scharakteryzowanych linii wykorzystywanych do badania wzrostu neuronów. Linia komórkowa SH-SY5Y została opisana jako wytwarzająca zarówno komórki przylegające do substratu (typ S), jak i neuroblastyczne (typ N), które mogą ulegać transdyferencjacji9. W rezultacie, mimo że ta linia komórkowa pochodzi z potrójnej sekwencyjnej selekcji subklonów komórek typu N, zawiera również niewielką liczbę komórek typu S zdolnych do różnicowania się w neurony przy użyciu kwasu retinowego i czynnika neurotroficznego pochodzenia mózgowego9. Stanowi to narzędzie, które może prowadzić do lepszego zrozumienia powikłań rogówkowych związanych z retinopatią cukrzycową (DM) i innymi chorobami oczu. Ze względu na trudności związane z pozyskiwaniem i hodowlą neuronów od pacjentów z chorobami oczu, ten model 3D in vitro zapewnia istotne implikacje w badaniu interakcji neuronalnych i sygnalizacji ze zrębem rogówki.
Choroby często wpływają na różne tkanki ciała na bardzo dużą skalę, prowadząc do pogorszenia jakości życia. Dystrofie oczne są częstymi powikłaniami, często związanymi z chorobami ogólnoustrojowymi i prowadzą do utraty ostrości wzroku, a nawet trwałej utraty wzroku. Kompleksowe badania są często niezbędne do lepszego zrozumienia stanu chorobowego, a także skutków na poziomie podstawnokomórkowym. Aby zbadać skutki takich chorób, opracowano różne modele in vivo i in vitro za pomocą zastosowań inżynierii tkankowej. Zastosowania inżynierii tkankowej rogówki cieszą się dużym zainteresowaniem w różnych dziedzinach nauki10,11,12,13,14, ale nadal istnieją poważne ograniczenia podczas faktycznego stosowania, w tym odrzucenie przeszczepu rogówki, infekcje i blizny10,11, 12,13,14. Istnieje kilka badań, w których z powodzeniem opracowano i ustanowiono różne modele in vitro3,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26. Modele 3D in vitro są najbardziej obiecujące i cieszą się dużym zainteresowaniem naukowym. Modele 3D są znane z tego, że lepiej odzwierciedlają zdarzenia komórkowe i fizjologiczne in vivo, które są krytyczne podczas zwłóknienia i gojenia się ran15,27,28,29. Te modele in vitro odgrywają integralną rolę w poszukiwaniu nowych podejść terapeutycznych do leczenia różnych schorzeń, w tym powikłań rogówkowych. Pomimo krytycznej roli unerwienia w funkcjach rogówki, niewiele wysiłku włożono w promowanie proliferacji nerwów obwodowych w konstruktach inżynierii tkankowej rogówki2,3. Jednak proponowane konstrukcje komórkowe 3D in vitro naśladują tkankę docelową w celu osiągnięcia pożądanej funkcjonalności tkanki.
Podczas gdy keratopatia cukrzycowa jest oczywistym zastosowaniem dla opisywanego tutaj modelu ze względu na defekty neuronalne, istnieje kilka innych chorób rogówki, które mogą skorzystać z ludzkiego modelu in vitro, w tym dystrofie stożka rogówki i Fuchsa. Nasz model 3D wyłania się z tej perspektywy i proponuje opracowanie reprezentacji tkanki rogówki in vitro w celu oceny dostarczania leków i bezpieczeństwa nowych leków okulistycznych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół jest zgodny z wytycznymi Centrum Nauk o Zdrowiu/Instytucjonalnej Komisji Rewizyjnej Uniwersytetu Oklahoma (IRB #4509). Wszystkie części protokołu były zgodne z założeniami Deklaracji Helsińskiej. Próbki rogówki uzyskano z Narodowego Instytutu Rozwoju i Badań (NDRI) oraz Oklahoma Lions Eye Bank.
1. Izolacja komórek pierwotnych
2. Podstawowa kultura HCF i montaż konstrukcji 3D
3. Różnicowanie komórek i kokultury
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 1 to krok po kroku reprezentatywny obraz działającego modelu 3D in vitro. W pierwszym etapie komórki są izolowane z ludzkiej rogówki. Następnie są hodowane na membranie poliwęglanowej i stymulowane witaminą C w celu złożenia samowydzielającej się matrycy 3D. Ten system konstrukcji 3D indukuje syntezę wielowarstwowej komórkowej macierzy zrębu podobnego do vivo. Następnie komórki nerwiaka zarodkowego są wysiewane na komórkach zrębu, a ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Kilka badań koncentrowało się na opracowaniu różnych modeli zwierzęcych, które mogą pomóc w lepszym zrozumieniu chorób rogówki, a także w odkryciu metod leczenia. Jednak istotna wartość tych badań dla ludzi nie została zweryfikowana. Do tej pory opracowano i szeroko zbadano różne modele in vitro ze względu na ich niezwykłe znaczenie kliniczne. Nasz wcześniej opracowany model 3D in vitro jest nowatorskim systemem, który znacząco przyczynia się do postępu nauk medycznych w badaniach nad wzrokiem i wykazuj...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.
Chcielibyśmy serdecznie podziękować Dr. Benowi Fowlerowi za jego pomoc techniczną przy eksperymentach TEM.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Zdrowa tkanka rogówki | NDRI | Próbki od dawców bez urazu oka lub choroby ogólnoustrojowej | |
| Dulbecco' s Roztwór buforowany fosforanami (1X) | Gibco firmy Life Technologies | 14190-144 | |
| Sterylne kleszcze | Fischer Scientific | 13-812-42 | Fisherbrand Preparujące ekstra drobno spiczaste szczypce odłamkowe |
| Jednokrawędziowe żyletki | Personna | 270100 | |
| Sterylne ostrza do skalpela chirurgicznego No.10 | Feather Surgical Blade | 2976#10 | |
| Eagle' s Minimum Essential Medium | ATCC | 30-2003 | |
| Płodowa surowica bydlęca | Atlanta Biologicals | S11550 | 10% FBS jest wymagane do przygotowania pożywki |
| Antybiotyk-Antybiotyk (100X) | Gibco firmy Life Technologies | 15240-062 | 1% Antybiotyk-Antybiotyk jest wymagany do przygotowania pożywki |
| 0,05% Trypsyna EDTA(1X) | Gibco firmy Life Technologies | 25300062 | |
| Wkłady membranowe z poliwęglanu o grubości 0,4 μ m pory | Corning Costar | 3412 | |
| Kwas 2-O-&alfa;-Dglukopiranozylo-L-askorbinowy (Witamina C) | Do | SMB00390 | należy zastosować stężenie 0,5 mM |
| Blok woskowy | VWR | 50-949-027 | |
| SH-SY5Y Komórki nerwiaka zarodkowego | ATCC | SHSY5YATCC CRL-2266 | |
| Kwas retinowy | Sigma-Aldrich | SRP3014-10UG | Należy zastosować końcowe stężenie 10uM |
| BDNF | Sigma-Aldrich | R2625-100MG | Należy zastosować końcowe stężenie 2nM |
| Sulfonek dimetylu (DMSO) | VWR-Alfa Aesar | 67-68-5 | Ultra Pure Grade-Steryl DMSO do użycia |
| Thermo Scientific EasYFlasks (T25) | Fisher Scientific | 12-565-351 | |
| Thermo Scientific Easy do hodowli komórek nunc (T75) | Fisher Scientific | 12-565-349 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie