В этом исследовании представлены два важнейших экспериментальных метода: построение модели раны мыши для оценки закрытия раны и приготовление суспензий одиночных клеток из кожи мыши для сохранения жизнеспособности клеток.
Методическая статья
В этом исследовании представлены два важнейших экспериментальных метода: построение модели раны мыши для оценки закрытия раны и приготовление суспензий одиночных клеток из кожи мыши для сохранения жизнеспособности клеток.
Лечение острых повреждений кожи полной толщины представляет собой значительную проблему в клинической практике. Сложность заживления ран, включающая в себя различные клеточные популяции и сложное раневое микроокружение, усложняет оценку эффектов лечения и их взаимодействия с использованием традиционных экспериментальных подходов. Технология секвенирования транскриптома одиночных клеток произвела революцию в понимании клеточных функций и механизмов во время заживления ран. Тем не менее, вариативность методологий создания моделей ран у мышей вносит искажающие факторы, которые могут повлиять на экспериментальные результаты. Кроме того, процесс диссоциации тканей кожи мыши представляет собой значительные технические препятствия, что подчеркивает критическую потребность в высококачественных суспензиях одиночных клеток для точного секвенирования транскриптома. Таким образом, данное исследование направлено на оптимизацию построения моделей ран у мышей для точной оценки изменений в закрытии раны при одновременном исключении переменных, которые могут повлиять на последующий результат секвенирования. Кроме того, приготовление суспензий одиночных клеток проводилось с использованием протоколов ферментного препарата и протоколов тест-наборов для оптимизации затрат и эффективности.
Мышь является широко признанной животной моделью в исследованиях из-за ее очень гомологичной генетической последовательности с человеком, быстрого размножения, экономичности и управляемого размера1. Тем не менее, существуют различия в структуре кожи у мышей и человека. Мыши имеют отчетливый слой кожной оболочки, который способствует сокращению кожи, играя решающую роль в заживлении ран у этого вида. Напротив, заживление ран человека в первую очередь включает в себя повторную эпителизацию и формирование грануляционной ткани1.
Несмотря на эти межвидовые различия в структуре кожи, мышиная модель остается предпочтительным выбором в исследованиях по восстановлению ран и сохраняет значительную важность по сравнению с другими животными моделями2,3. При использовании кожи мыши для имитации процессов заживления ран у человека необходимо тщательно учитывать различные влияющие факторы. Эти факторы включают выбор подходящих мест для хирургических процедур, учет цикла волосяных фолликулов мыши и понимание эффектов сокращения кожной мембраны4,5. Реализация соответствующих мер жизненно важна для оптимизации условий эксперимента и повышения точности результатов наблюдений.
Секвенирование РНК одиночных клеток (scRNA-seq) секвенирует клетки на гораздо более высоком уровне, чем обычное секвенирование РНК, и имеет гораздо более высокие требования к качеству образцов с минимальными внутригрупповыми различиями. Были проведены многочисленные эксперименты для уточнения стабильной модели острого дефекта кожи на всю толщину у мыши. В этих экспериментах использовалась комбинация установленных методов из литературы и инновационных подходов для всесторонней оценки заживления ран2,5. Для разработки модели заживления ран было использовано иссечение кожи мыши на всю толщину, чтобы воспроизвести физиологический процесс заживления и регенерации раны. Его цель состояла в том, чтобы оценить потенциальные изменения, вызванные различными методами лечения с использованием scRNA-seq. Диссоциация кожной ткани у мышей создает проблемы, включая низкую жизнеспособность клеток и высокую скорость агрегации, во время приготовления суспензий одиночных клеток6. Эти трудности могут привести к таким проблемам, как засорение прибора и аномальный захват клеток, что может поставить под угрозу качество данных. Учитывая значительную стоимость секвенирования одиночных клеток, проведение нескольких предварительных экспериментов имеет решающее значение для обеспечения стабильности и надежности суспензии одиночных клеток. В этом исследовании оценивалась эффективность диссоциации смешанных ферментов и метода диссоциации тканевых наборов для определения оптимального подхода к диссоциации тканей6,7. Это исследование закладывает прочную основу для дальнейших углубленных исследований.
Все процедуры были одобрены Комитетом по этике седьмого медицинского центра Китайской больницы общего профиля НОАК, Китай. Использовались самцы мышей C57/BL6 в возрасте 6 недель.
1. Модель заживления ран мыши
2. Подготовка к секвенированию РНК одиночных клеток
Были изучены несколько вариантов процедуры. Протоколы с использованием штампа оказались предпочтительными, так как они минимально вмешиваются в процесс заживления ран и сохраняют целостность раны, защищая её от таких воздействий, как расчесывание и наложение швов. Это необходимо для того, чтобы избежать появления шума на уровне отдельных клеток при последующем секвенировании. Создание ран по обеим сторонам тела мыши приводило к заметным различиям в площади ран из-за естественной эластичности кожи мыши (Рисунок 3A,B). При двустороннем прокалывании раны располагались ближе к краям — в области, подверженной саморасчесыванию мышей. Мыши в возрасте 7 недель и старше были признаны непригодными для исследования, так как у части из них примерно на 10й день после операции наблюдалось неравномерное потемнение кожи спины, что указывало на начало повторного роста волос (Рисунок 4A). Это вносило дополнительную нежелательную переменную.
При использовании резиновых колец, независимо от того, использовалась мягкая или твердая резина, эти кольца имели тенденцию открепляться и часто смещались с места раны примерно через 12 h из-за частых движений мышей и ограниченных адгезивных свойств колец. Резиновые кольца, зафиксированные швами, были склонны к разрывам, что требовало повторного наложения швов для стабилизации. Эта итеративная процедура наложения швов, в свою очередь, наносила мышам дополнительные травмы (Рисунок 4B,C). Напротив, металлические кольца продемонстрировали более высокую стабильность и улучшенные свойства удержания, что позволило оценить эффекты реэпителизации без помех со стороны сокращения раны.
Учитывая вероятность того, что шина с металлическим кольцом, закрепленная швами, может вызвать дополнительные повреждения кожи за пределами области раны и создать неравномерные механические напряжения по всей ране, для облегчения последующего анализа использовался стандартизированный штамп фиксированных размеров.
Исследование показало, что в группе с опытным лечением (hucMSC-Exo) наблюдались более быстрые темпы заживления по сравнению с контрольной группой (Рисунок 5A). Хотя полное заживление происходило быстрее в модели со штампом, чем в группе с наложенным металлическим кольцом, которое ограничивает сокращение раны, в течение первых 7 дней статистически значимых различий в скорости заживления выявлено не было (Рисунок 5B). Эти результаты согласуются с предыдущим исследованием Lin et al., в котором предполагалось, что первые 10 дней заживления кожи у мышей характеризуются преимущественно реэпителизацией, а не сокращением раны9.
Сравнение эффективности диссоциации
После тщательной оптимизации состава ферментов комбинация Dispase II и коллагеназы продемонстрировала более высокую эффективность по сравнению с использованием одного фермента (Таблица 1). Важно отметить, что присутствие эритроцитов или клеточного дебриса было минимальным, что соответствует основным критериям для использования в автоматизированных системах, которые включают жизнеспособность клеток более 85% и степень агрегации менее 20%.
Напротив, использование тест-набора продемонстрировало многообещающие результаты: наблюдалась относительно более высокая жизнеспособность клеток и более низкая скорость агрегации клеток (Таблица 1). Кроме того, эритроциты или фрагменты клеток обнаружены не были, что указывает на общее превосходство качества клеток по сравнению с другими методами.

Рисунок 1: Окончательная модель раны у мыши. (A) Репрезентативное изображение наложенного индивидуального металлического кольца. (B) Репрезентативное изображение штампа для кожи и иссеченной раны. Диаметр: 8 mm. Край: 1 cm. (C) Скорость закрытия раны. Планка погрешности: стандартная ошибка. Двусторонний T-критерий (n=6). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Схема подготовки суспензий одиночных клеток. Этапы включают сбор образцов, диссоциацию, лизис эритроцитов, удаление мертвых клеток и получение суспензии одиночных клеток. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Модель раны у мыши с ранами по обеим сторонам. (A) Представлено репрезентативное изображение модели раны у мыши с ранами по обеим сторонам. Белый круглый эталон диаметром 8 mm. (B) Репрезентативное изображение заживления ран в разные моменты времени для ран по обеим сторонам. Кожа на спине мыши ближе к хвосту заживала быстрее, чем кожа ближе к шее. Ребро белого квадратного эталона: 1 cm. Диаметр белого круглого эталона: 8 mm. Сокращения: POD = послеоперационные дни. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Модель ран у мышей с одиночными ранами. (A) Репрезентативное изображение заживления ран на разных стадиях роста шерсти у 7-недельных мышей. Мыши находятся на разных стадиях роста шерсти на 10-й день после операции (POD 10). Кожа более темного оттенка заживала быстрее. (B) Репрезентативное изображение резиновых адгезивных колец. Ребро белого квадратного эталонного объекта: 1 cm. (C) Репрезентативное изображение линий швов. Диаметр белого круглого эталонного объекта: 8 mm. Сокращения: POD = послеоперационные дни. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Скорость заживления раны. (A) Сравнение групп контроля и hucMSC-Exo. Планки погрешностей представляют собой стандартные ошибки. Двусторонний t-критерий (n=6). (B) Сравнение групп со штампом и металлическим кольцом. Планки погрешностей представляют собой стандартные ошибки. Значимость была рассчитана с использованием двустороннего t-критерия (n=6). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
| Показатель жизнеспособности клеток | Показатель агрегации клеток | |
| Собственный метод | 86.90% | 18.50% |
| Метод с использованием тест-набора | 90.65% | 13.73% |
Таблица 1: Жизнеспособность и скорость агрегации при двух подходах к подготовке клеток.
Для успеха протокола было необходимо несколько важных шагов. Эти шаги включали в себя точную подготовку области раны путем тщательного бритья и очистки, создание стандартизированных ран определенного размера и глубины, а также тщательный уход после раны для мониторинга инфекций и проведения соответствующего лечения. Стандартизация этих процедур обеспечила согласованность во всех экспериментальных условиях, тем самым повысив надежность и воспроизводимостьрезультатов10.
Для секвенирования мы использовали маркировку по штампу раны, так как другие методы вводят дополнительные переменные, такие как царапина на ране мыши и разрыв шва 2,5. Штамповая модель улучшает исходную консистенцию ран у мышей и обеспечивает стандартизированный эталон для оценки заживления ран, уменьшая потенциальные неточности при оценке скорости заживления ран в мышиных моделях. Кроме того, штамп облегчает использование программного обеспечения, такого как ImageJ. Однако, поскольку повязка не используется для покрытия раны, метод штамповки имеет гораздо более высокие требования к дезинфекции окружающей среды. Эксперимент нужно будет повторить, если произойдет заражение.
Биологическая изменчивость среди отдельных мышей может привнести изменчивость в результаты экспериментов, что потребует больших размеров выборки для надежного статистического анализа. Эта модель может быть расширена для других методов секвенирования, таких как пространственное секвенирование, чтобы еще больше повысить ее полезность.
Оптимизация условий для диссоциации scRNA-Seq и выбор соответствующих методов диссоциации являются критически важными этапами экспериментального рабочего процесса. В настоящее время широко используемые методологии включают ферментативное расщепление в сочетании с рекомендованным 10-кратным подходом на основе геномных реагентов11. Примечательно, что ферментативное разложение значительно более экономично, чем метод на основе реагентов; Тем не менее, для оптимизации выбора ферментов и продолжительности расщепления требуется несколько предэкспериментальных итераций.
В данном исследовании были проведены предварительные эксперименты с использованием различных комбинаций ферментов. Выбранный метод отвечал основным требованиям для контроля качества на последующих этапах, несмотря на отсутствие 10-кратного набора геномных реагентов, специально разработанного для диссоциации кожи мыши на всю толщину. Вместо этого для получения высококачественных одноклеточных суспензий был использован набор 1 для диссоциации нескольких тканей. Тем не менее, важно отметить относительно высокую стоимость, связанную с этим методом, хотя он обеспечивает превосходную стабильность по сравнению с собственными методами ферментного расщепления. Для ценных образцов рекомендуется использовать метод диссоциации на основе реагентов 10x genomics.
Крайне важно учитывать потенциальное влияние межиндивидуальной изменчивости на жизнеспособность клеток, так как это может привести к тому, что некоторые образцы не будут соответствовать требуемым критериям и, таким образом, повлияют на качество последующих данных12.
Положительным моментом является то, что этот метод предоставляет возможности для интеграции с пространственной транскриптомикой или другими мультиомическими подходами, тем самым предлагая более полную аналитическую основу13. Кроме того, его потенциальное клиническое применение подчеркивает его универсальность и актуальность за пределами контекста фундаментальных исследований.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Это исследование финансировалось Национальным фондом естественных наук Китая (#82373494).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 75% Alcolchol | Liuhe | JIUJING500ML | |
| мышей C57/BL6J | Charles River Laboratories | ||
| Collagenase D + Dispase II | Roche | 11088858001 | |
| Collagenase I | Roche | 5349907103 | |
| Collagenase IV | Roche | 5267439001 | |
| ватные палочки | Haishi | MIANQIAN | |
| Набор для удаления мертвых клеток | Miltenyi Biotec | 130-090-10 | |
| DNase I | Roche | 10104159001 | |
| gentleMAC Dissociator | Miltenyi Biotec | 130-093-235 | |
| Медицинская нейлоновая нить | Jinlong | HM507 | |
| Tissue Dissociation Kit 1 | Miltenyi Biotec | 130-110-201 | |
| Punch игла для биопсии | Integra Miltex | ||
| раствор для лизиса эритроцитов | Miltenyi Biotec | 130-094-183 | |
| Хирургические ножницы | Jinglu | JIANDAO | |
| Белый вазелин | Shangyuan | BAIFANSHILIN |