O presente protocolo descreve o isolamento e a cultura dos queratinócitos orais derivados do paladar do rato adulto. Um método de avaliação utilizando imunostaining também é relatado.
Artigo de método
O presente protocolo descreve o isolamento e a cultura dos queratinócitos orais derivados do paladar do rato adulto. Um método de avaliação utilizando imunostaining também é relatado.
Durante anos, a maioria dos estudos envolvendo queratinócitos têm sido realizados usando queratinócitos epidérmicos de pele humana e camundongo. Recentemente, os queratinócitos orais têm chamado a atenção por causa de sua função e características únicas. Eles mantêm a homeostase do epitélio oral e servem como recursos para aplicações em terapias regenerativas. No entanto, estudos in vitro que usam queratinócitos primários orais de camundongos adultos têm sido limitados devido à falta de um protocolo cultural eficiente e bem estabelecido. Aqui, os queratinócitos primários orais foram isolados dos tecidos palato de camundongos adultos e cultivados em um meio comercial de baixo cálcio suplementado com um soro chelexed. Nessas condições, os queratinócitos foram mantidos em estado proliferativo ou semelhante a células-tronco, e sua diferenciação foi inibida mesmo após o aumento das passagens. A análise de expressão de marcadores mostrou que os queratinócitos orais cultivados expressavam os marcadores celulares basais p63, K14 e α6-integrin e eram negativos para o marcador de diferenciação K13 e o marcador fibroblasto PDGFRα. Este método produziu células viáveis e culturaveis adequadas para aplicações a jusante no estudo das funções de células-tronco epiteliais orais in vitro.
O epitélio oral serve como primeira barreira na proteção do corpo contra estresses ambientais, incluindo danos químicos ou físicos e infecções bacterianas e virais1,2. A mucosa oral compreende uma camada externa de epitélio escamoso estratificado que consiste em queratinócitos e tecido conjuntivo subjacente chamado lamina propria, que consiste principalmente de fibroblastos e da matriz extracelular. A mucosa oral do camundongo pode ser amplamente dividida em três subtipos: masticatório (paladar duro e gengiva), especializado (língua dorsal) e forro (mucosa bucal, língua ventral, paladar macio, lábios) mucosa2,3 (Figura 1A). O epitélio oral é queratinizado na mucosa mastigatória e especializada e não queratinizada na mucosa forro. Apesar de sua localização anatômica, o epitélio oral é semelhante à epiderme da pele, na medida em que consiste em células epiteliais bem embaladas com diferentes graus de diferenciação: camadas basais contendo células indiferenciadas; camadas espinhosas, granulares e cornificadas que formam epitélio queratinizado, ou camadas intermediárias e superficiais que formam epitélio não queratinizado4. Modelos de camundongos transgênicos facilitaram o estudo das características celulares e moleculares das células-tronco epiteliais orais no paladar, mucosa bucal, língua e gingiva5,6,7,8,9,10,11. No entanto, a maioria desses estudos usou principalmente experimentos de camundongos in vivo. Os sistemas de cultura celular não eram tipicamente empregados devido à falta de protocolos estabelecidos e eficientes.
Um sistema de cultura in vitro pode ser usado para a análise molecular e bioquímica de reguladores de células-tronco, ensaios baseados em células e triagem de drogas. Atualmente, foram desenvolvidos protocolos para a cultura de queratinócitos primários da epiderme da pele, nos quais os queratinócitos basais podem ser isolados e cultivados com sucesso para fins clínicos e de pesquisa12,13,14,15. Em 1980, Hennings et al. mostraram que uma baixa concentração de cálcio (< 0,09 mM Ca2+) no meio cultural facilitou a proliferação e manteve as células em um estado indiferenciado. Um maior nível de cálcio promoveu a diferenciação celular e reduziu a proliferação16. Posteriormente, metodologias de cultura para queratinócitos epidérmicos de murina neonatal e adulta foram estabelecidas e amplamente aplicadas a inúmeros modelos de camundongos com diferentes origens genéticas para estudos in vitro17,18,19. Embora a pele e a epitelial oral compartilhem características comuns, elas também apresentam diferenças intrínsecas, por exemplo, em seu estado de queratinização, taxa de rotatividade, expressão genética e capacidade de cicatrização de feridas3,11,20,21,22,23,24,25,26.
Embora a cultura de queratinócitos orais humanos tenha sido realizada com sucesso27,28,29, publicações sobre a cultura de queratinócitos orais do camundongo30,31,32 são limitadas devido ao pequeno tamanho do tecido alvo e às características distintas das células em comparação com os queratinócitos epidérmicos da pele. Este protocolo descreve as técnicas de isolamento e cultura de longo prazo dos queratinócitos orais primários do rato.
Todos os experimentos em animais foram realizados de acordo com as diretrizes do Comitê Institucional de Experimentos com Animais da Universidade de Kumamoto e da Universidade de Tsukuba.
1. Preparação de reagentes e mídia cultural
2. Dissecção do tecido paladar do rato adulto
3. Pré-tratamento do tecido palaciano
4. Coleta e cultura de células primárias
5. Passagem de queratinócito
6. Criopreservação e recuperação de queratinócitos
7. Coloração imunofluorescente
Visão geral do processo de dissecção e isolamento de queratinócitos orais do paladar do rato adulto
Os queratinócitos orais dissociados foram coletados do paladar do rato adulto e cultivados em uma chelexed-FBS personalizada de 20%. O paladar do rato consiste no paladar duro e no paladar macio (Figura 1C). O procedimento para o isolamento de queratinócitos orais do rato é resumido na Figura 1D. O tecido palato é dissecado e transferido para uma mídia que contém uma solução antimíctica antibiótico antes de ser incubado em solução de trippsina de 0,025% a 4 °C durante a noite. No dia seguinte, o tecido palato é tratado com solução inibidora de trippsina e meio de cultura completa em volumes iguais. Posteriormente, os tecidos são raspados usando uma lâmina de bisturi cirúrgica para coletar queratinócitos orais. A suspensão da célula é filtrada através de um coador de células de 100 μm e centrifuada. As células são então semeadas em placas revestidas de colágeno I com 24 poços contendo 2 mL de cultura completa de meio + chelexed-FBS.
Resultados representativos do isolamento bem sucedido de queratinócitos orais de camundongos
Os queratinócitos orais primários cresceram como monocamadas e apresentaram uma morfologia de paralelepípedos (Figura 2). Pequenas colônias de queratinócitos foram visíveis em 3-5 dias (Figura 2A,B); estes cresceram e formaram colônias apertadas em 1 semana de incubação (Figura 2C). Colônias de queratinócitos apresentaram as características morfológicas típicas dos queratinócitos basais, indicando suas condições saudáveis. Os queratinócitos orais humanos permaneceram indiferenciados por diversas passagens no meio de cultura completa contendo 0,06 mM Ca2+16,28. A primeira passagem foi realizada aproximadamente 2 semanas a partir do revestimento inicial (Figura 2D). Em passagens posteriores, os queratinócitos apresentaram crescimento estável com um período mais curto de cultura (Figura 2E-G). Os queratinócitos pararam de crescer se ocorressem contaminações significativas por fibroblastos durante o processo de isolamento (Figura 2H).
Queratinócitos orais isolados expressam marcadores basais celulares
Para confirmar o estado dos queratinócitos orais primários, a imunostaining foi realizada utilizando os marcadores de células basais Queratina 14 (K14) e α6-integrin34. K14 e α6-integrin foram expressos em queratinócitos após a colheita (Figura 3A,B). As células também foram manchadas com marcador de células-tronco p63 para confirmar sua haste. As células de passagem antecipada (passagem 4) e passagem tardia (passagem 7) apresentaram expressão uniforme de p63 (Figura 3C,D). Em contraste, os queratinócitos tratados com alto cálcio (indução de 1,2 mM por 2 dias) apresentaram diminuição da expressão p63 (Figura 3E), indicando que o tratamento de cálcio elevado suprime genes relacionados com células-tronco em queratinócitos primários como relatado anteriormente16. O marcador de diferenciação Queratina 13 (K13) mostrou expressão rara ou não em passagens precoces e tardias e expressão significativa sob tratamento de cálcio elevado (Figura 3F-H). Para testar a possibilidade de contaminação do fibroblasto na cultura queratinócito, a coloração utilizando o marcador fibroblasto PDGFRα foi realizada com o mesmo conjunto de queratinócitos comparados com o fibroblasto embrionário do rato (MEFs). Não houve expressão de PDGFRα na cultura queratinócito, em comparação com a alta expressão observada nas células MEF (Figura 3I-3L). Esses resultados indicaram que este protocolo poderia isolar com sucesso os queratinócitos basais e manter essas células no estado indiferenciado.

Figura 1: Visão geral do procedimento de dissecção e isolamento de queratinócitos orais do rato. (A) Representação esquemática da cavidade oral do camundongo. (B) Instrumentos utilizados para dissecar o paladar e isolar os queratinócitos orais do rato. (C) Imagem brightfield do paladar do rato. Barra de escala: 100 μm. (D) Resumo do protocolo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Resultados representativos do isolamento bem sucedido de queratinócitos orais do rato. (A-G) Imagens de curso de tempo de queratinócitos orais primários cultivados em 3 dias (A), 5 dias (B), 1 semana (C) e 2 semanas (D) de cultura após isolamento. Morforgicos de queratinócitos orais do rato após as primeiras (E), segunda (F) e terceira (G) são mostradas. (H) Exemplo de contaminação do fibroblasto na cultura da queratinócito oral do camundongo. Barra de escala: 400 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Queratinócitos orais isolados expressam marcadores basais celulares. (A-B) Imagens representativas da coloração imunofluorescente de K14 (A; vermelho) e α6-integrin (B; verde) na passagem 4. (C-E) Imagens representativas de coloração imunofluorescente de p63 (verde) na passagem 4 (C), passagem 7 (D) e tratamento de cálcio elevado (E). (F-H) Imagens imunossundo de K13 (verde) na passagem 4 (F), passagem 7 (G) e tratamento de cálcio elevado (H). (I-L) Imagens imunosterantes de PDGFRα (vermelho) na passagem 4 (I), passagem 7 (J), tratamento de cálcio elevado (K) e MEFs (L). Os núcleos estão manchados com Hoechst (azul). Barras de escala: 100 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os queratinócitos primários isolados da epiderme da pele humana ou do camundongo têm sido utilizados por muitos anos em pesquisas e aplicações clínicas12,13,15,18,27,28,29. Em contrapartida, poucos protocolos foram estabelecidos para isolar e cultivar queratinócitos orais primários de camundongos adultos30,31,32. O presente estudo utilizou um meio de cultura completa comercial e chelexed-FBS para manter queratinócitos em um estado proliferativo ou semelhante a células-tronco. Este sistema de cultura pode ser empregado em ensaios moleculares e bioquímicos para entender melhor as características das células-tronco epiteliais orais e suas doenças relacionadas.
Várias etapas críticas estão incluídas neste protocolo. Em primeiro lugar, a concentração de trippsina e o tempo de incubação são essenciais na produção de células viáveis para culturas subsequentes. Utilizamos consistentemente soluções de trippsina de 0,025% e períodos de incubação de 16 h no capô da câmara à temperatura ambiente. Se não incubados por um período de tempo suficiente, os queratinócitos não se dissociariam adequadamente do tecido, resultando em um rendimento celular final mais baixo. Em segundo lugar, a tubulação suave da suspensão celular no segundo dia afeta notavelmente a viabilidade celular. A raspagem deve começar suavemente do lado epitelial e não exceder 10 minutos por amostra de tecido. Finalmente, a primeira suspensão celular isolada contém fibroblastos e outros tipos de células; essas células indesejadas geralmente começarão a desaparecer em culturas subsequentes.
Foram identificadas limitações potenciais durante o isolamento celular e a cultura. Em casos raros, os fibroblastos podem ser contaminados durante o processo de isolamento, e os fibroblastos podem inibir o crescimento de queratinócitos em passagens subsequentes (Figura 2H). É necessário selecionar um meio comercial que contenha um inibidor de crescimento de fibroblasto para eliminar tal contaminação na cultura. Como o paladar do rato e outras mucosas orais têm tamanhos relativamente pequenos, o rendimento celular inicial de um rato pode ser baixo. Portanto, todo o período de cultura deste protocolo - até o estágio de criopreservação - é mais longo do que o para queratinócitos de pele primária. Os queratinócitos orais isolados são melhor utilizados dentro de 10 passagens, pois períodos de cultura mais prolongados poderiam alterar as propriedades celulares e diminuir o número de células-tronco.
O método atual mostrou que os queratinócitos orais do camundongo exibiam uma morfologia de paralelepípedos e formavam colônias monocamadas em condições proliferativas. Eles também mostraram alta expressão dos marcadores basais α6-integrin, K14, e marcador de células-tronco p63. Em estudos futuros, além da coloração da imunofluorescência, serão utilizadas análises de sequenciamento de RNA, RT-PCR e manchas ocidentais para verificar a heterogeneidade celular e a pureza dos queratinócitos orais, o que aumentará ainda mais nossa compreensão da natureza dessas células.
Após passagens de 2-3, os queratinócitos orais foram estáveis o suficiente para serem usados em outros experimentos funcionais. É importante ressaltar que este protocolo de cultura pode ser combinado com linhas de camundongos transgênicos, incluindo genes knockout, Cre-loxP e sistemas indutores de tet, e também pode ser usado em ensaios celulares e moleculares. Assim, o presente protocolo fornece aos pesquisadores um método fundamental e eficiente que poderia ser usado para entender ainda mais a biologia das células-tronco queratinócitos orais.
Os autores não declaram interesses concorrentes.
Este trabalho foi apoiado pelo Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (20H03266) (para A.S.), Grant-in-Aid for Early-Career Scientists (18K14709) (to A.S.), AMED sob o número de subvenção JP21gm6110016 e 21bm0704067 (para A.S.), e bolsas de pesquisa da Takeda Science Foundation (para A.S.). Agradecemos ao Centro de Recursos e Desenvolvimento Animal da Universidade de Kumamoto e do Centro de Recursos Animais da Universidade de Tsukuba por seus excelentes cuidados com o rato. Agradecemos ao núcleo do IRCMS na Universidade de Kumamoto pelo apoio à imagem confocal.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 0,025% Tripsina/EDTA | Gibco | R001100 | |
| 0,05% Tripsina/EDTA, vermelho fenol | Gibco | 25300062 | |
| 0,4w/v% Solução de Trypan Blue | Wako | 207-17081 | |
| 10 mL Pipeta sorológica | Falcon | 357551 | |
| 100 µ m Filtro de células de nylon | Falcon | 352360 | |
| Tubo cônico estéril de 15 mL | Falcon | 352096 | |
| 2 mL Pipeta de aspiração | Falcon | 357558 | |
| 35 mm Placa de cultura de células | Corning | 353801 | |
| Tubo cônico estéril de 50 mL | Falcon | 352070 | |
| 60 mm Placa de cultura de células | Corning | 353802 | |
| Placa de cultura de tecidos de 6 poços | Falcon | 353046 | |
| 96 Placa de cultura de poços (fundo U) | Falcon | 353077 | |
| Antibiótico-Antimicótico 100x | Gibco | 15240062 | |
| Biocoat Colágeno I cellware 60mm prato | Corning | 356401 | |
| Blunt Forceps | AS ONE | 1-8187-03 | |
| Butorphanol | Meiji Seika Pharma | Vetorphale | |
| CoolCell LX | Corning | 432002 | Algodão de armazenamento criogênico |
| AS ONE | 63-1452-97 | ||
| Folhas de cobertura 22 x 22 μ m quadrado | Matsunami Glass Ind. | ||
| Frasco Criogénico 1.2 mL | Thermo Scientific | 5000-0012 | |
| Inibidor de Tripsina Definido (DTI) | Gibco | R007100 | |
| Dimetilsulfóxido (DMSO) | Sigma-Aldrich | 276855-100ML | |
| IgG anti-coelho para burros (H+L), Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A31572 | |
| IgG anti-rato para burros (H+L), Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A21208 | |
| Soro de burro | Sigma-Aldrich | D9663-10ML | |
| EpiLife Suplemento de crescimento definido (EDGS) | Gibco | S0120 | |
| EpiLife, com 60 µ M cálcio | Gibco | MEPI500CA | |
| Fetal Fetal Soro bovino (FBS) | Gibco | 26140079 | |
| Pinças finas | BRC Bio Research Center | PRI13-3374 | |
| Cabra anti-PDGF Receptor α | R& D Systems | AF1062 | |
| Soro de cabra | Sigma-Aldrich | G9023-10ML | |
| Pinça de meia curvatura | BRC Bio Research Center | PRI13-3376 | |
| Hemocitômetro | Hirschmann Laborgerä te | 8100204 | |
| Hoechst | Sigma-Aldrich | B2261 | |
| Tesoura de Íris | Muromachi Kikai | 14090-09 | |
| Medetomidina | Nippon Zenyaku Kogyo | Domitor | |
| Pharma | Dormicum | ||
| No.15 Bisturi Descartável | Pena | 219AABZX00136000 | |
| Paraformaldeído | Wako | 162-16065 | |
| Solução salina tamponada com fosfato 1x, pH 7,4 | Gibco | 10010049 | |
| Iodo-povidona | Y's Square | 872612 | |
| Coelho anti-citoqueratina 13 anticorpo | Abcam | ab92551 | |
| Coelho anti-K14 | BioLegend | 905301 | |
| Coelho anti-p63 | anticorpo Abcam | ab124762 | |
| Raspatorium #14 | COMO UM | 8-4599-01 | |
| Rato α 6-integrina | BD Biosciences | 553745 | |
| Triton X-100 | Wako | 581-81705 | |
| Placa de 24 poços revestida com colágeno tipo I | Corning | 354408 | |
| Placa de 60 mm revestida com colágeno | Corning | 356401 | |
| Placa de 6 poços revestida com colágeno tipo I | Corning | 355400 |