Ten artykuł opisuje procedury używane do oceny toksyczności promieniowania UV i toksyn chemicznych na pierwotnej i nieśmiertelnej linii komórkowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł opisuje procedury używane do oceny toksyczności promieniowania UV i toksyn chemicznych na pierwotnej i nieśmiertelnej linii komórkowej.
Ten artykuł opisuje metody pomiaru toksyczności promieniowania ultrafioletowego (UV) i toksyn ocznych na pierwotnych (pHCEC) i unieśmiertelnionych (iHCEC) ludzkich hodowlach komórek nabłonka rogówki. Komórki wystawiono na działanie promieniowania UV i toksycznych dawek chlorku benzalkoniowego (BAK), nadtlenku wodoru (H2O2) i dodecylosiarczanu sodu (SDS). Aktywność metaboliczną mierzono za pomocą testu metabolicznego. Uwalnianie cytokin zapalnych mierzono za pomocą testu interleukiny multi-plex (IL)-1β, IL-6, IL-8 i czynnika martwicy nowotworów alfa (TNF-α), a komórki oceniano pod kątem żywotności za pomocą barwników fluorescencyjnych.
Szkodliwy wpływ promieniowania UV na aktywność metaboliczną komórek i uwalnianie cytokin wystąpił po 5 minutach ekspozycji na promieniowanie UV dla iHCEC i 20 minutach dla pHCEC. Podobne procentowe spadki aktywności metabolicznej iHCEC i pHCEC wystąpiły po ekspozycji na BAK,H2O2lub SDS, a najbardziej znaczące zmiany w uwalnianiu cytokin wystąpiły w przypadku IL-6 i IL-8. Mikroskopia komórek naświetlonych fluorescencyjnie i pHCEC BAK wykazała śmierć komórek przy 0,005% ekspozycji na BAK, chociaż stopień zabarwienia etydyną był większy w iHCEC niż pHCEC. Wykorzystując wiele metod oceny skutków toksycznych za pomocą mikroskopii, oceny aktywności metabolicznej i produkcji cytokin, można określić toksyczność promieniowania UV i toksyn chemicznych zarówno dla pierwotnych, jak i unieśmiertelnionych linii komórkowych.
Badania toksykologiczne in vitro są przeprowadzane w celu przewidywania toksycznych skutków chemikaliów i innych czynników, które mogą powodować uszkodzenia komórek. W ocenie toksyczności dla rogówki ludzkie komórki nabłonka rogówki (HCEC) zostały wykorzystane w modelach do oceny tych efektów1,2,3,4. Modele te zazwyczaj oceniają efekty fizjologiczne, takie jak zmiany w aktywności metabolicznej komórki, proliferacja komórek i inne funkcje komórki, takie jak produkcja i uwalnianie cytokin zapalnych. Do tych badań toksykologicznych wybrano komórki z różnych źródeł, aby ocenić szkodliwy wpływ chemikaliów i promieniowania UV na HCECs2,3. Linie pHCEC są dostępne w firmach, które dostarczają te komórki z tkanek dawców dorosłych. Komórki pierwotne można potraktować dypazą i delikatnie zeskrobać z rogówki w celu hodowli5. Komórki są następnie testowane pod kątem wirusów i zanieczyszczeń, a następnie wysyłane w kriokonserwacji w 10% sultlenku dimetylu.
Zaletą pierwotnych linii komórkowych jest to, że komórki są genetycznie identyczne z komórkami dawcy. Jest to idealne rozwiązanie, ponieważ model in vitro powinien w jak największym stopniu naśladować tkankę in vivo. Wadą pierwotnych linii komórkowych jest to, że mają ograniczoną liczbę podziałów komórkowych lub pasaży6. Ograniczona liczba dostępnych komórek ogranicza liczbę eksperymentów, które można przeprowadzić z pojedynczą hodowlą pierwotną, zwiększając koszt eksperymentów.
Uwiecznione linie komórkowe były również używane w modelach toksyczności hodowli komórkowych. Jednak w przeciwieństwie do pierwotnej linii komórkowej uzyskanej z tkanki in vivo, unieśmiertelniona linia komórkowa została genetycznie zmieniona. Unieśmiertelnione komórki są tworzone przez włączenie genów wirusa do DNA komórek pierwotnych6,7,8. Komórki z udaną inkorporacją genów wirusa są wybierane do unieśmiertelnionej linii komórkowej. Zaletą nieśmiertelności jest to, że pozwala na nieskończoną szybką proliferację, zapewniając nieograniczoną liczbę komórek do wykonywania wielu eksperymentów przy użyciu tej samej linii komórkowej. Pozwala to na zachowanie spójności między eksperymentami i zmniejszenie kosztów.
Oprócz zmian w genach, które ograniczały proliferację komórek, mogą również wystąpić zmiany w ekspresji genów o krytycznej funkcjonalności9. Dlatego wadą stosowania unieśmiertelnionych komórek jest to, że mogą one już nie reprezentować oryginalnych komórek in vivo pod względem ich reakcji na różne bodźce zewnętrzne10. Porównania obejmowały obserwację toksycznego wpływu chemikaliów na pierwotne i unieśmiertelnione ludzkie keratocyty rogówki11, a także unieśmiertelnione HCEC i pierwotne komórki nabłonka rogówki królika12. Porównanie wpływu toksyn na pierwotne ludzkie keratocyty i unieśmiertelnione keratocyty nie wykazało istotnych różnic11. Korzystając z metod opisanych w tym artykule, zostanie określona skuteczność tych testów do oceny toksyczności promieniowania UV i toksyn ocznych na pHCEC i iHCECs.
Wybrano trzy toksyny do oczu powszechnie stosowane w testach in vitro: BAK,H2O2 i SDS. BAK to kationowy środek konserwujący powszechnie stosowany w roztworach okulistycznych13,14, H2O2 jest powszechnie stosowany do dezynfekcji soczewek kontaktowych15, a SDS to anionowy środek powierzchniowo czynny występujący w detergentach i szamponach14. Podobnie jak toksyny oczne, promieniowanie UV może również powodować znaczne uszkodzenia HCECs3. Ponadto nadmierna ekspozycja na promieniowanie UV może powodować stan oczu znany jako fotokeratitis charakteryzujący się objawami łzawienia, wrażliwości na światło i uczuciem szorstkości16.
Istnieje nieograniczona liczba pierwotnych kultur komórkowych, które mogą być użyte, oraz różne unieśmiertelnione linie komórkowe, które zostały już opracowane. W związku z tym podjęto badanie w celu porównania pierwotnych HCEC z unieśmiertelnioną linią HCEC w celu określenia podobieństw i różnic między modelami, które zawierają te typy komórek.
W tym badaniu użyto mikroskopii, aby ocenić możliwe różnice między pHCEC i iHCEC w fizjologicznej reakcji komórek na promieniowanie UV i toksyny. Oceniono również wpływ promieniowania UV i substancji chemicznych na aktywność metaboliczną komórek i uwalnianie cytokin zapalnych dla dwóch linii komórkowych. Znaczenie określenia różnic między dwiema liniami komórkowymi polega na zrozumieniu optymalnego wykorzystania tych linii komórkowych do oceny: 1) wpływu promieniowania UV na komórki, 2) wpływu toksyn na komórki oraz 3) wynikających z tego zmian w metabolizmie, żywotności komórek i uwalnianiu cytokin komórkowych do przyszłych badań.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Kultura pHCEC i iHCEC
2. Określanie wielkości komórki za pomocą mikroskopii konfokalnej
3. Narażenie komórek na promieniowanie UV
4. Narażenie komórek na toksyny chemiczne
5. Badanie komórek wystawionych na działanie różnych stężeń BAK
6. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wielkość komórek
Pierwotne i unieśmiertelnione HCECs wizualizowano za pomocą trzech barwników fluorescencyjnych, które odzwierciedlają trzy różne stadia żywotności komórek. Komórki żywe są zielone (calcein-AM), martwe są czerwone (ethidium homodimer-1), a komórki apoptotyczne są żółte (annexin V – kolor skorygowany komputerowo w celu lepszej wizualizacji sygnału fluorescencyjnego). Komórki żywe zawierają esterazy w cytoplazmie i przekształcają calcein-AM w kalceinę. Komórki martwe posiadają błony kom...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oceniono potencjalne różnice w stosowaniu dwóch rodzajów HCEC. Komórki umieszczono w tym samym pożywce (HOEM) o identycznych stężeniach komórek, a następnie wystawiono na działanie krótkich i długich okresów promieniowania UV i trzech toksyn ocznych. Dawki promieniowania UV i substancji chemicznych zostały dobrane na podstawie ich efektów fizjologicznych, które były wystarczająco szkodliwe dla komórek, aby wywołać reakcje pośrednie, które można było porównać. Czasy ekspozycji wynoszące 5 i 20 minut dla promieniowania UV ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autor, Lyndon W. Jones, w ciągu ostatnich 3 lat, za pośrednictwem CORE, otrzymał wsparcie badawcze lub honoraria wykładowców od następujących firm: Alcon, Allergan, Allied Innovations, Aurinia Pharma, BHVI, CooperVision, GL Chemtec, i-Med Pharma, J&J Vision, Lubris, Menicon, Nature's Way, Novartis, Ophtecs, Ote Pharma, PS Therapy, Santen, Shire, SightGlass SightSage i Visioneering. Lyndon Jones jest również konsultantem i/lub zasiada w radzie doradczej firm Alcon, CooperVision, J&J Vision, Novartis i Ophtecs. Pozostali autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy nie otrzymali żadnych funduszy na tę pracę.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 75 cm2 Kolba wentylowana | Corning | 354485 | To jest marka BioCoat, pokryta kolagenem |
| 96-dołkowa płytka | costar | 3370 | |
| alamarBlue | Fisher Scientific | dal 1025 | |
| Annexin Roztwór buforowy do barwienia | Invitrogen, Burlington, ON, Kanada | ||
| Annexin V | Invitrogen, Burlington, ON, Mikroskop Canada | ||
| Axiovert 100 z konfokalnym laserowym mikroskopem skaningowym Zeiss System 510 | Carl Zeiss Inc., Niemcy | ||
| Corning 48 Płytki dołkowe | Corning | 354505 | To jest marka BioCoat, pokryta kolagenem |
| Cytacja 5 | BioTek | CYT5MPV | Potrafi odczytać fluorescencję od 280 - 700 nm (do testu 540/590) |
| Hykon surowicy bydlęcej płodu | SH30396.03 | ||
| szkiełka nakrywkowe ze szklanym dnem | MatTek Corporation, Ashland, MA, USA | ||
| Ludzkie komórki nabłonka rogówki | University of Ottawa | N/A | SV40-unieśmiertelnione ludzkie komórki nabłonka rogówki od dr M. Griffitha (Ottawa Eye Research Institute, Ottawa, Kanada) i zostały scharakteryzowane Griffith M, Osborne R, Munger R, Xiong X, Doillon CJ, Laycock NL, Hakim M, Song Y, Watsky MA. Funkcjonalne odpowiedniki ludzkiej rogówki zbudowane z linii komórkowych. Nauka. 1999;286:2169-72. |
| Human Ocular Epithelia Media (HOEM) z następującymi suplementami: | Millipore, Billerica, MA, USA | SCMC001 | Pożywka bazowa Epigro uzupełniona 6 mM L-glutaminą, 0,002% EpiFactor O (suplement pożywki komórkowej O w artykule), 1,0 i mu; M Epinefryna, 0,4% EpiFactor P (suplement pożywki komórkowej P w artykule), 5 i mu; g/ml rh Insulina, 5 μ g / ml Apo-transferyny i 100 ng / ml hemibursztynianu hydrokortyzonu w kolbach hodowlanych pokrytych kolagenem-1 (BioCoat, Corning, Tewksbury, MA, USA). |
| Żywy martwy homodimer kalcien i etydyny | Invitrogen, Burlington, ON, Kanada | ||
| MezoScale Discovery (MSD) Instrument QuickPlex SQ 120 | Rockville, MD, USA | ||
| Panel prozapalny człowieka MSD II (4-Plex) Test V-Plex | Rockville, MD, USA | ||
| Penicylina Streptomycyna | Gibco | 15140-122 | 100x stężenie, więc dodaj 1 ml do każdych 99 ml pożywki |
| Pierwotne komórki nabłonka rogówki | Millipore, Billerica, MA, USA | SCCE016 | |
| Czytnik fluorescencyjnych płytek wielodołkowych SpectraMax | Urządzenia molekularne, Sunnyvale, CA, USA | ||
| TrypLE Express (roztwór do dysocjacji komórek) | Fisher Scientific | 12605036 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.