В этой статье описываются процедуры, используемые для оценки токсичности УФ-излучения и химических токсинов на первичной и иммортализированной клеточной линии.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В этой статье описываются процедуры, используемые для оценки токсичности УФ-излучения и химических токсинов на первичной и иммортализированной клеточной линии.
В данной статье описаны методы измерения токсичности ультрафиолетового (УФ) излучения и глазных токсинов на первичных (pHCEC) и иммортализированных (iHCEC) культурах эпителиальных клеток роговицы человека. Клетки подвергались воздействию ультрафиолетового излучения и токсических доз хлорида бензалкония (BAK), перекиси водорода (H2O2) и додецилсульфата натрия (SDS). Метаболическую активность измеряли с помощью метаболического анализа. Высвобождение воспалительных цитокинов измеряли с помощью мультиплексного интерлейкина (IL)-1β, IL-6, IL-8 и анализа фактора некроза опухоли-альфа (TNF-α), а жизнеспособность клеток оценивали с использованием флуоресцентных красителей.
Повреждающее действие ультрафиолета на метаболическую активность клеток и высвобождение цитокинов происходило через 5 минут воздействия ультрафиолета для iHCEC и 20 минут для pHCEC. Аналогичное процентное снижение метаболической активности iHCEC и pHCEC произошло после воздействия BAK, H2O2или SDS, и наиболее значительные изменения в высвобождении цитокинов произошли для IL-6 и IL-8. Микроскопия флуоресцентно окрашенных клеток, подвергшихся воздействию iHCEC и pHCEC BAK, показала гибель клеток при воздействии BAK 0,005%, хотя степень окрашивания этидия была выше в iHCEC, чем pHCEC. Используя несколько методов оценки токсических эффектов с помощью микроскопии, оценки метаболической активности и продукции цитокинов, токсичность ультрафиолетового излучения и химических токсинов может быть определена как для первичных, так и для иммортализированных клеточных линий.
Токсикологические исследования in vitro проводятся для прогнозирования токсического воздействия химических веществ и других агентов, которые могут вызвать повреждение клеток. При оценке токсичности для роговицы эпителиальные клетки роговицы человека (ГЦС) использовались в моделях для оценки этих эффектов 1,2,3,4. Эти модели обычно оценивают физиологические эффекты, такие как изменения метаболической активности клетки, пролиферация клеток и другие функции клеток, такие как производство и высвобождение воспалительных цитокинов. Для этих токсикологических исследований были отобраны клетки из различных источников для оценки повреждающего воздействия химических веществ и ультрафиолетового излучения на HCECs 2,3. Линии pHCEC доступны у компаний, которые предоставляют эти клетки из донорских тканей взрослых. Первичные клетки можно обработать диспазой и аккуратно соскоблить роговицу для посева5. Затем клетки проверяют на наличие вирусов и загрязнения, а затем отправляют криоконсервированными в 10% диметилсульфоксид.
Преимущество первичных клеточных линий заключается в том, что клетки генетически идентичны клеткам донора. Это идеально, так как модель in vitro должна максимально имитировать ткань in vivo . Недостатком первичных клеточных линий является то, что они имеют ограниченное количество клеточных делений или пассажей6. Ограниченное количество доступных клеток ограничивает количество экспериментов, которые могут быть проведены с одной первичной культурой, увеличивая стоимость экспериментов.
Иммортализированные клеточные линии также использовались в моделях токсичности клеточных культур. Однако, в отличие от первичной клеточной линии, полученной из ткани in vivo, иммортализированная клеточная линия была генетически изменена. Иммортализированные клетки создаются путем включения генов вируса в ДНК первичных клеток 6,7,8. Клетки с успешным включением вирусных генов отбираются для иммортализированной клеточной линии. Преимущество иммортализации заключается в том, что она допускает неограниченную быструю пролиферацию, предоставляя неограниченное количество клеток для проведения нескольких экспериментов с использованием одной и той же клеточной линии. Это обеспечивает согласованность между экспериментами и снижает стоимость.
В дополнение к изменениям в генах, которые ограничивали пролиферацию клеток, также могут происходить изменения в экспрессии генов критической функциональности9. Таким образом, недостатком использования иммортализированных клеток является то, что они могут больше не представлять исходные клетки in vivo с точки зрения их реакции на различные внешние раздражители10. Сравнения включали наблюдение токсического воздействия химических веществ на первичные и иммортализированные кератоциты роговицычеловека 11, а также на иммортализированные ГХЕК и первичные эпителиальные клеткироговицы кроликов 12. Сравнение воздействия токсинов на первичные кератоциты человека и иммортализированные кератоциты не показало существенных различий11. Используя методы, подробно описанные в этой статье, будет определена эффективность этих анализов для оценки токсичности УФ-излучения и глазных токсинов на pHCEC и iHCEC.
Были выбраны три глазных токсина, обычно используемых в анализах in vitro: BAK, H2 O2 и SDS. BAK представляет собой катионный консервант, обычно используемый в офтальмологических растворах 13,14,H 2 O2 обычно используется для дезинфекции контактных линз 15, а SDS представляет собой анионное поверхностно-активное вещество, содержащееся в моющих средствах и шампунях 14. Подобно глазным токсинам, УФ-излучение также может нанести значительный ущерб HCEC3. Кроме того, чрезмерное воздействие ультрафиолета может вызвать глазное заболевание, известное как фотокератит, характеризующееся симптомами слезотечения, светочувствительности и ощущения зернистости16.
Существует неограниченное количество первичных клеточных культур, которые могут быть использованы, и различные иммортализированные клеточные линии, которые были разработаны. Поэтому было проведено исследование для сравнения первичных HCEC с иммортализированной линией HCEC, чтобы определить сходства и различия между моделями, которые включают эти типы клеток.
В этом исследовании использовалась микроскопия для оценки возможных различий между pHCEC и iHCEC в физиологическом ответе клеток на ультрафиолетовое излучение и токсины. Также оценивалось влияние ультрафиолетового излучения и химических веществ на метаболическую активность клеток и высвобождение воспалительных цитокинов для двух клеточных линий. Важность определения различий между двумя клеточными линиями заключается в понимании оптимального использования этих клеточных линий для оценки: 1) влияния ультрафиолетового излучения на клетки, 2) воздействия токсинов на клетки и 3) результирующих изменений в метаболизме, жизнеспособности клеток и высвобождении клеточных цитокинов для будущих исследований.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Культура pHCEC и iHCEC
2. Определение размера клеток с помощью конфокальной микроскопии
3. Воздействие на клетки УФ-излучения
4. Воздействие на клетки химических токсинов
5. Исследование клеток, подвергшихся воздействию различных концентраций БАК
6. Анализ данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Размер ячейки
Первичные и иммортализированные HCEC визуализировали с помощью трех флуоресцентных красителей, которые отражают три различные стадии жизнеспособности клеток. Живые клетки зеленые (кальцеин-AM), мертвые клетки красные (гомодимер этидия-1), а апоптотические клетки желтые (аннексин V-скорректированный компьютером цвет для лучшей визуализации флуоресцентного сигнала). Живые клетки содержат эстеразы в цитоплазме клетки и превращают кальцеин-AM в кальцеин. Мертвые клетки имеют клеточные мембра...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Были оценены потенциальные различия в использовании двух типов HCEC. Клетки помещали в одну и ту же среду (HOEM) при одинаковых концентрациях клеток, а затем подвергали краткосрочному и длительному воздействию ультрафиолетового излучения и трех глазных токсинов. Дозы ультрафиолетового излучения и химических веществ были выбраны на основе их физиологических эффектов, которые были достаточно разрушительными для клеток, чтобы вызвать промежуточные реакции, которые можно было бы сравнить. Время воздействия 5 и 20 мин для УФ-...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Автор, Линдон В. Джонс, за последние 3 года через CORE получил исследовательскую поддержку или гонорары за чтение лекций от следующих компаний: 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 и Visioneering. Линдон Джонс также является консультантом и/или членом консультативного совета Alcon, CooperVision, J&J Vision, Novartis и Ophtecs. Остальным авторам раскрывать нечего.
Авторы не получили финансирования для этой работы.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 75 см<суп>2 Вентилируемая колба | Corning | 354485 | Это бренд BioCoat, покрытый коллагеном |
| 96 луночный планшет | costar | 3370 | |
| alamarBlue | Fisher Scientific | dal 1025 | |
| Аннексин Окрашивающий буферный раствор | Invitrogen, Берлингтон, Онтарио, Канада | ||
| Аннексин V | Инвитроген, Берлингтон, Онтарио, Канада | ||
| Axiovert 100 микроскоп с конфокальным лазерным сканирующим микроскопом Zeiss система 510 Carl | Zeiss Inc., Германия | ||
| Corning 48 Well plates | Corning | 354505 | Это бренд BioCoat, покрытый коллагеном |
| Cytation 5 | BioTek | CYT5MPV | Может считывать флуоресценцию от 280 - 700 нм (для анализа 540/590) |
| Фетальная бычья сыворотка | Hycone | SH30396.03 | |
| стеклянные нижние покровные стекла | MatTek Corporation, Ашленд, Массачусетс, США | ||
| Эпителиальные клетки роговицы человека | Университета Оттавы | N/A | SV40-увековеченные эпителиальные клетки роговицы человека от доктора М. Гриффита (Оттавский институт глазных исследований, Оттава, Канада) и были охарактеризованы Гриффитом М., Осборном Р., Мангером Р., Сюн Х., Дуайоном С.Дж., Лэйкоком Н.Л., Хакимом М., Сонгом И, Ватски М.А. Функциональные эквиваленты роговицы человека, сконструированные из клеточных линий. Наука. 1999;286:2169-72. |
| Эпителиальная среда глаза человека (HOEM) со следующими добавками: | Millipore, Billerica, MA, США SCMC001 | Основная среда Epigro с добавлением 6 мМ L-глутамина, 0,002% EpiFactor O (добавка клеточной среды O в статье), 1,0 μ M Эпинефрин, 0,4% эпифактор P (клеточная медиадобавка P в статье), 5 μ г/мл rh Инсулин, 5 μ г/мл Apo-трансферрина и 100 нг/мл гемисукцината гидрокортизона в колбах с покрытием из коллагена-1 (BioCoat, Corning, Tewksbury, MA, США). | |
| Live Dead кальциен и гомодимер этидия | Invitrogen, Берлингтон, Онтарио, Канада | ||
| MesoScale Discovery (MSD) QuickPlex SQ 120 инструмент | Роквилл, Мэриленд, США | ||
| MSD Человеческая провоспалительная панель II (4-Plex) V-Plex анализ V-Plex | Роквилл, Мэриленд, США | ||
| Пенициллин стрептомицин | Gibco | 15140-122 | 100-кратная концентрация, поэтому добавьте 1 мл на каждые 99 мл среды |
| Первичные эпителиальные клетки роговицы | Millipore, Billerica, MA, США SCCE016 | ||
| флуоресцентный многолуночный считыватель SpectraMax | Molecular Devices, Саннивейл, Калифорния, США | ||
| TrypLE Express (раствор для диссоциации клеток) | Fisher Scientific | 12605036 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.