Все процедуры на животных были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (номер протокола: IACUC-2024-FK-007) и проведены в соответствии с заявлением Ассоциации по исследованиям в области зрения и офтальмологии по использованию животных в офтальмологических и зрительных исследованиях. Самцы мышей C57BL/6, возрастом 8-10 недель и весом 20-25 г, содержались в индивидуально вентилируемых клетках при контролируемых условиях 22 ± 2 °C и относительной влажности 50%-60% с циклом светло-тёмное 12:12 часа. Эти специфические животные, свободные от патогенов, были получены в лабораториях Чарльз-Ривер (см. таблицу материалов). Все мыши прошли недельный период акклиматизации для адаптации к новой среде перед экспериментальными процедурами, с неограниченным доступом к стандартной еде и воде для грызунов.
ВНИМАНИЕ: Aspergillus fumigatus — патогенный организм, требующий сдерживания уровня биобезопасности 2. Все грибковые культуры должны храниться в сертифицированном биологическом шкафу с использованием соответствующих средств индивидуальной защиты, включая перчатки, лабораторные халаты и защиту глаз. Диметилсульфоксид (ДМСО) горюча и может проникать сквозь кожу; Обращайтесь в хорошо проветриваемых помещениях и избегайте прямого контакта. Кетамин и ксилазин — это контролируемые вещества, требующие надёжного хранения и надлежащей документации согласно институциональным нормам.
Экспериментальная подготовка
Все необходимые реагенты, лекарства и материалы были подготовлены в соответствии с экспериментальным рабочим процессом (см. таблицу материалов и дополнительный рисунок 1 для схемы). Рацемические (±)-α-липоевой кислоты (LA) были приготовлены с использованием рацеминовой α-липоевой кислоты (1,2-дитиолан-3-пентановая кислота), растворённой в DMSO до концентрации 60 мМ и хранящейся в одноразовых аликвотах при -80 °C для предотвращения окислительного разложения. Ингибитор Nrf2 ML385 и ингибитор HO-1 SnPPIX также были подготовлены и использовались для одноразового применения, чтобы избежать циклов замораживания и оттаивания. Все среды и добавки для клеточной культуры были подготовлены в стерильных условиях и предварительно нагревались до 37 °C перед использованием.
Все материалы, загрязнённые грибковыми культурами, включая агарные пластины, пробирки для культур и одноразовые пластики, автоклавировались при 121 °C в течение 30 минут перед утилизацией в контейнеры для биологически опасных отходов. Химические отходы, содержащие органические растворители, собирались отдельно и утилизировались в рамках институциональных протоколов охраны окружающей среды и безопасности. Ткани и туши животных сжигались с помощью одобренных служб по переработке биомедицинских отходов.
Грибная культура и подготовка к инфекции
Aspergillus fumigatus культивировали на агаре Sabouraud dextrose при 37 °C в течение 5–7 дней, пока не было обнаружено зрелое образование конидиалов. Конидии были собраны путём затопления зрелых культур стерильным фосфат-буферным физиологическим раствором (PBS) с содержанием 0,05% Tween-80, а конидиальные суспензии фильтровались через стерильную марлю для удаления фрагментов гиф. Концентрация конидиального устройства определялась с помощью гемоцитометра и корректировалась под установленные концентрации на основе опубликованных моделей грибкового кератита. Для экспериментов in vitro был выбран 1 x 106 конидий/мл (мультипликатность инфекции 10:1) на основе предыдущих исследований, показавших, что эта концентрация вызывает сильные воспалительные реакции в эпителиальных клетках роговицы при сохранении достаточной жизнеспособности клеток для последующиханализов 16,17. Для исследований in vivo был выбран 1 x 107 конидий/мл, так как этот инокулум вызывает стабильный умеренной тяжести кератит с воспроизводимыми показателями заболевания к пятому дню после заражения, обеспечивая достаточный динамический диапазон для оценки терапевтической эффективности без чрезмернойсмертности 16,19.
Лечение животных и инфекция роговицы
При общей анестезии (внутрибрюшная инъекция кетамина 100 мг/кг и ксилазина 10 мг/кг) грибковый кератит вызывался путем создания трёх линейных царапин диаметром 1 мм на центральной роговице стерильной иглы 25G, после чего наносили 5 мкл конидиальной суспензии A. fumigatus . Мыши были случайным образом распределены по группам лечения (n=8 на группу): контрольная группа (неинфицированная), инфицированная контрольная, инфицированная + LA лечение (60 мкмоль/л местно 4 раза в день) и инфицированные + LA + SnPPIX (LA плюс 5 мг/кг SnPPIX внутрибрюшинно ежедневно). Клиническая оценка и сбор тканей были проведены на 5-й день после инфекции.
Меры предосторожности при обращении с животными: Все процедуры с анестезиированными животными должны проводиться в асептических условиях. Постоянно контролируйте животных во время анестезии на предмет подавления дыхания. Утилизация загрязнённого постельного белья, хирургических отходов и инфицированных тканей путём автоклава, а затем сжигания в соответствии с институциональными протоколами управления биологическими отходами.
Культивирование и обработка клеток
Эпителиальные клетки человеческой роговицы (HCEC) были получены из ATCC и содержались в среде DMEM/F-12 с добавлением 10% плодовой сыворотки крупного рогатого скота, 1% пенициллин-стрептомицина и 1% L-глутамина в эквимолярных концентрациях при 37 °C в увлажнённой атмосфере с содержанием CO₂ 5%. Клетки субкультивировались каждые 3-4 дня при достижении слияния 80%-90% и использовались между 3-8 пассажами для обеспечения согласованности. Для экспериментальных обработок клетки засеивались по 5 x 10⁴ клеток на каждую скважину в соответствующих пластинах и давались прилипать в течение 24 часов перед обработкой. Для всех in vitro механистических экспериментов клетки сначала подвергались воздействию Aspergillus fumigatus conidia при мультипликате инфекции (MOI) 10:1 в течение 4 часов для установления инфекции, затем добавляли LA (60 мкм), ML385 (5 мкм) или SnPPIX (1 мкм) отдельно или в комбинации на дополнительные 24 часа до взятия образца. Такой последовательный дизайн позволяет оценивать терапевтическое влияние ЛА на установленные грибковые проблемы, а не профилактическое лечение.
Оценка жизнеспособности клеток (анализ CCK-8)
Жизнеспособность клеток оценивалась с помощью Cell Counting Kit-8 (CCK-8). Клетки засеивались в пластинах с 96 колодцями по 5 x 104 клетки на каждую скважину и инкубировали в течение 24 часов перед обработкой. После воздействия лекарства в каждую скважину добавляли по 10 мкл раствора CCK-8, а пластины инкубировали в течение 2 часов при 37 °C. Поглощение измерялось при 450 нм с помощью многорежимного микропластинчатого считывателя. Каждое экспериментальное условие проводилось в октупликации, а эксперименты повторялись три раза независимо друг от друга. Концентрация в контроле транспортных средств (DMSO) поддерживалась ниже 0,1%, чтобы избежать цитотоксичных эффектов.
Экстракция РНК и количественная ПЦР в реальном времени
Общая РНК была выделена из культивированных клеток и тканей роговицы с помощью RNeasy Mini Kit согласно протоколу производителя. Образцы тканей были гомогенизированы в буфере RLT с использованием тканевого гомогенизатора в течение 2 минут при частоте 50 Гц. Качество и концентрация РНК оценивались с помощью спектрофотометра, при этом образцы имели соотношение 1,8-2,0 260/280 для дальнейшего анализа. Синтез кДНК первой цепочки проводился с помощью Высокоёмких наборов для обратной транскрипции cDNA с общим содержанием 1 мкг за одну реакцию. Количественная ПЦР проводилась с использованием мастер-микса qPCR на основе SYBR Green на системе реального времени с начальной денатурацией при 95 °C в течение 2 минут, затем 40 циклов при температуре 95 °C в течение 15 с и при 60 °C в течение 1 минуты. Для подтверждения специфичности ампликонов был проведен анализ кривой плавления. Все праймеры были проверены на эффективность (90%–110%) и специфику до использования. Относительная экспрессия мРНК рассчитывалась с использованием метода 2(-ΔΔCT ) с GAPDH в качестве эталонного гена.
Экстракция белка и вестерн-блот-анализ
Для полного извлечения белка клетки и ткани лизировались в буфере RIPA с добавлением коктейлей с ингибиторами протеазы и фосфатазы. Ядерные и цитоплазматические белковые фракция были подготовлены с использованием реагентов NE-PER для ядерной и цитоплазматической экстракции согласно протоколу производителя. Концентрации белков определялись с помощью анализа Брэдфорда. Равные количества белка (30-50 мкг) отделялись SDS-PAGE и передавались мембранам PVDF. После блокировки 5% обезжиренным молоком в Tris-буферном физиологическом растворе с 0,1% Tween-20 в течение 1 часа, мембраны инкубировали первичными антителами на ночь при 4 °C, после чего соответствующие вторичные антитела, конъюгированные с HRP, в течение 1 часа при комнатной температуре. Белковые полосы визуализировались с помощью усиленного хемилюминесцентного реагента с временем воздействия от 30 до 180 с в зависимости от интенсивности сигнала. Диапазоны количественно оценивались с помощью программного обеспечения ImageJ, при этом β-актин служил контролем нагрузки для общего количества белков, а ламин B1 — для ядерных белков.
Клиническая оценка и гистологический анализ
Тяжесть заболевания роговицы оценивалась с использованием стандартизированной клинической системы оценки, основанной на установленных протоколах для мышиного грибковогокератита 22. Система оценивания оценивает три параметра по шкале 0–4: непрозрачность роговицы (0 = прозрачная, 4 = полностью непрозрачная), неровность поверхности (0 = гладкая, 4 = сильная язва с перфорацией) и воспалительный ответ (0 = нет инфильтрата, 4 = плотная инфильтрация с гипопионом), что даёт общие оценки от 0 до 12. Все клинические оценки проводились двумя независимыми наблюдателями, прикрытыми для назначений по группам лечения, при этом межнаблюдательное согласие превышало 90%. Фотографии роговицы были сделаны с помощью биомикроскопа с щелевой лампой, оснащённого цифровой камерой. Для гистологического анализа глаза были энуклеированы, фиксированы в 4% параформальдегида, вложены в парафин и секционированы толщиной 5 мкм. Срезы окрашивались гематоксилином и эозином для общей морфологической оценки.
Ферментно-связанный иммуносорбентный анализ (ELISA)
Секретируемые уровни IL-1β и TNF-α в клеточных культурах и гомогенатах роговицы были количественно измерены с помощью коммерческих наборов ИФА согласно инструкциям производителя. Супернатанты клеточной культуры были собраны после 24 часов обработки, а ткани роговицы были гомогенизированы в PBS, содержащие ингибиторы протеаз. Образцы были центрифугированы при 12 000 x г в течение 10 минут при 4 °C, а для анализа ИФС использовались супернатанты. Все образцы анализировались дублировано, а концентрации цитокинов рассчитывались по стандартным кривым.
Статистический анализ
Все эксперименты проводились с подходящими биологическими репликатами (n ≥6 для in vitro исследований, n =8 для животных) и повторялись не менее 3 раза независимо друг от друга. Данные представлены как среднее ± стандартной ошибке среднего значения (SEM). Анализ данных проводился с использованием GraphPad Prism версии 9.0. В частности, мы использовали функцию теста нормальности (Шапиро-Уилка) для оценки распределения данных, односторонний ANOVA с тестом множественных сравнений Тьюки для экспериментов с более чем двумя группами и непарный t-тест Стьюдента для двухгрупповых сравнений. Графики генерировались в виде сгруппированных столбчатых диаграмм с отдельными точками данных, наложенных в виде диаграмм рассеяния, при этом полоски ошибок представляли стандартную ошибку среднего.