Le protocole décrit des explants organotypiques de la neurorétinede souris, cultivés avec son épithélium pigmentaire rétinien (RPE), en milieu défini R16, exempt de sérum et d’antibiotiques. Cette méthode est relativement simple à réaliser, moins coûteuse et prend beaucoup de temps par rapport aux expériences in vivo, et peut être adaptée à de nombreuses applications expérimentales.
Dans la recherche ophtalmique, il existe un fort besoin de modèles in vitro de la neurorétine. Ici, nous présentons un protocole détaillé pour la culture organotypique de larétine neurode souris avec l’épithélium rétinien intact de colorant (RPE). Selon la question de recherche, les rétines peuvent être isolées à partir d’animaux de type sauvage ou de modèles de maladies, pour étudier, par exemple, la rétinopathie diabétique ou la dégénérescence rétinienne héréditaire. Les yeux des animaux du début de la période postnatale 2 à 9 sont énucléés dans des conditions aseptiques. Ils sont partiellement digérés dans la protéinase K pour permettre un détachement de la choroïde du RPE. Sous le stéréoscope, une petite incision est faite dans la cornée créant deux bords d’où la choroïde et la sclérotique peuvent être doucement décollées de la RPE et de la neurorétine. La lentille est ensuite retirée et l’œillet est coupé en quatre points pour lui donner une forme à quatre calées ressemblant à une feuille de trèfle. Le tissu est finalement transféré dans une goutte suspendue dans un insert de culture cellulaire tenant une membrane de culture de polycarbonate. Les cultures sont ensuite maintenues en milieu R16, sans sérum ni antibiotiques, dans des conditions entièrement définies, avec un changement de milieu tous les deux jours.
Le procédé décrit permet l’isolement de la rétine et la conservation de son contexte physiologique et histotypique normal pour des périodes de culture d’au moins 2 semaines. Ces caractéristiques font des cultures d’explant rétiniennes organotypiques un excellent modèle avec la valeur prédictive élevée, pour des études dans le développement rétinien, les mécanismes de la maladie, et l’électrophysiologie, tout en permettant également le criblage pharmacologique.
Dans la recherche ophtalmique, une variété de modèles sont disponibles pour étudier la rétine, y compris les cultures cellulaires rétiniennes primaires, les lignées cellulaires dérivées de la rétine, les organoïdes rétiniens et les modèles animaux in vivo 1,2,3,4,5. Cependant, chacun de ces modèles souffre d’inconvénients. Par exemple, les cellules se développent isolément tandis que la rétine est un réseau complexe avec une multitude d’interactions de cellule à cellule. Ainsi, le comportement des cultures cellulaires isolées est susceptible d’être artificiel par rapport à celui observé dans un tissu entier. Ce problème peut en partie être résolu à l’aide d’organoïdes rétiniennes différenciés in vitro, qui peuvent être utilisés pour étudier le développement et la biologie fondamentale6. Pourtant, à ce jour, la génération d’organoïdes rétiniennes prend encore beaucoup de temps, exige beaucoup de travail et souffre de problèmes de reproductibilité, nécessitant des travaux de développement supplémentaires substantiels avant que les organoïdes puissent être utilisés pour la recherche translationnelle sur la rétine. Enfin, les études sur les animaux vivants, bien qu’on peut soutenir que le modèle se rapproche le plus des exigences de la recherche ophtalmique, sont associées à de fortes préoccupations éthiques. Un bon compromis entre l’efficacité des systèmes de culture cellulaire et la situation réelle des modèles animaux in vivo sont les cultures explantes rétiniennes organotypiques. De telles cultures réduisent également la souffrance animale puisqu’aucune intervention in vivo n’est effectuée.
Plusieurs procédés ont été décrits pour la culture d’explants rétiniennes de différentes espèces5,7,8. Notre protocole décrit une technique pour l’isolement du neuroretina de souris ainsi que son épithélium rétinien de colorant (RPE). Cette technique conviendra également aux cultures rétiniennes de rat9. La culture de la neurorétine avec son RPE est d’une importance majeure pour le succès. Le RPE remplit des fonctions essentielles pour la rétine : transport des nutriments, des ions, de l’eau, absorption de la lumière et protection contre la photooxydation, ré-isomérisation de tout-trans-rétinien en 11-cis-rétinienne, ce qui est crucial pour le cycle visuel, phagocytose des membranes photoréceptrices excrétées, et sécrétion de facteurs essentiels pour l’intégrité structurelle de la rétine10. Le maintien du RPE permet un développement réussi des segments externes et internes du photorécepteur, gardant la rétine viable plus longtemps11. La procédure décrite ci-dessous préserve les caractéristiques histotypiques et physiologiques de la rétine pendant au moins deux semaines12. De plus, la culture des explants rétiniennes organotypiques en milieu sans sérum et sans antibiotiques évite la présence de substances inconnues et permet une interprétation simple des résultats12.
Les cultures d’explantation rétiniennes organotypiques ont été essentielles pour améliorer nos connaissances sur le développement rétinien et la dégénérescence7,13,14. Nous montrons ici qu’ils sont également un outil utile pour le dépistage pharmacologique et qu’ils peuvent être utilisés pour modéliser une variété de maladies de la rétine, y compris la rétinopathie diabétique.
Le protocole présenté décrit les cultures organotypiques d’explant de la rétine de souris avec RPE intact dans le milieu R16 défini, exempt de sérum et d’antibiotiques. Ce protocole a été développé à l’origine à partir de la fin des années 19807,28 et depuis lors, il a été continuellement affiné6,11,12. Parmi les applications notables, on peut citer les études sur les mécanismes de la dégénérescence rétinienne héréditaire et l’identification des médicaments rétinoprotecteurs23,29,30.
Pour une expérience réussie, certaines considérations importantes doivent être prises en compte. Voici quelques points de dépannage importants pour aider à améliorer la qualité des cultures. Tout d’abord, les cultures rétiniennes peuvent présenter un pliage excessif et/ou une formation de rosettes31. Cela peut être causé en touchant la rétine avec une pince pendant la procédure d’explantation. De plus, le corps ciliaire doit être complètement retiré de l’explant, car cela peut augmenter le repliement rétinien pendant la culture. Deuxièmement, lors du transfert de la rétine à la plaque de puits dans une goutte suspendue, si la rétine fait face à la membrane du mauvais côté vers le bas, gardez-la dans la goutte suspendue à la pointe de la pipette et poussez très doucement le milieu dans et hors de la pointe (sans détacher la goutte suspendue) pour retourner la rétine. Enfin, si le RPE reste attaché à la sclérotique et se détache de la rétine, il est très probablement causé par une prédigestion insuffisante de la sclérotique. Ce problème pourrait être particulièrement important lorsque vous travaillez avec des yeux d’animaux plus âgés ou d’espèces non rongeurs (p. ex. porcs) et peut être résolu en augmentant la concentration de protéinase K.
La conduite des cultures rétiniennes organotypiques d’explant est une procédure complexe qui exige la formation et l’expérience adéquates. Le manque de formation peut entraîner une variabilité de la qualité des explants rétiniennes. Pour ces raisons, il est important de surveiller et de vérifier la viabilité et la reproductibilité, en caractérisant, par exemple, le taux de mort cellulaire avec le test TUNEL. L’utilisation d’un milieu sans antibiotiques rend les explants rétiniens vulnérables à la contamination par des bactéries et des champignons. Pour minimiser ce risque, nous recommandons que des précautions particulières soient prises pour travailler dans des conditions vraiment aseptiques. Une autre limitation de la culture rétinienne in vitro sont les différences dans l’environnement physiochimique par rapport à la rétine in vivo (par exemple, l’approvisionnement en sang choroïde et rétinien, les niveaux d’oxygène et de glucose, la pression intraoculaire, la composition du vitré). Un système de perfusion continue, peut-être intégré dans un bioréacteur dédié32 pourrait rapprocher ce modèle de la condition in vivo. En outre, l’axotomy du nerf optique au cours de la dissection rétinienne conduira à la mort cellulaire ganglionnaire, qui peut induire des réponses de stress8. Par conséquent, il est recommandé de laisser l’explant s’adapter aux conditions de culture pendant au moins 2 jours in vitro avant d’être soumis à une manipulation ou à un traitement spécifique.
La méthode décrite est généralement réalisée sur des tissus rétiniennes immatures, qui peuvent bien survivre pendant 4 semaines in vitro7,33. Cependant, la procédure est adaptable à une variété d’applications, y compris la culture de la rétine adulte. Bien que différentes approches publiées décrivent l’isolement de la rétine adulte sans son RPE34,35,l’incubation avec une solution de papaïne jusqu’à 1 h à 37 °C avant la dissection permet au RPE de rester attaché à la rétine même lorsqu’il est dérivé d’une souris adulte36.
Le milieu sans sérum et l’environnement in vitro chimiquement défini permettent une manipulation entièrement définie et reproductible des conditions expérimentales. Par conséquent, les cultures d’explantations rétiniennes organotypiques sont des outils précieux dans le domaine de l’ophtalmologie et des neurosciences, et ont été utilisées pour l’étude des maladies de la rétine37,le développement de la rétine38,39,la thérapie par cellules souches rétiniennes40,les modifications génétiques41et le dépistage pharmacologique. À titre d’exemple spécifique de test de médicaments, nous avons utilisé ici des cultures explantes rétiniennes pour tester un analogue des BPF (CN003), connu pour réduire la mort cellulaire des photorécepteurs chez des modèles animaux pour la maladie rétinienne héréditaire23 (Figure 3B). Une autre application possible de la technique est décrite à la figure 3C,qui illustre comment le contrôle précis de l’environnement tissulaire peut être exploité pour émuler les affections diabétiques24. En raison de la conservation de l’architecture de tissu au cours de toute la période de culture, les cultures rétiniennes organotypiques d’explant conviennent également aux études électrophysiologiques. La fonctionnalité neuronale sur les explants rétiniennes a été étudiée à l’aide de l’enregistrementpatch-clamp 42 et de l’enregistrement multi-électrodes (MEA)33,43. Ce dernier permet d’enregistrer l’activité électrique des populations neuronales en même temps et a été exploité pour caractériser la fonctionnalité des cellules photorécepteurs et ganglionnaires dans des conditions de culture. Dans une perspective plus large, les systèmes organotypiques de culture d’explants peuvent également être appliqués dans la recherche préclinique, où des cultures d’explants ont été utilisées pour tester l’efficacité thérapeutique de l’hypothermie44.
La technique de culture d’explants organotypiques est relativement simple à réaliser et, comparée aux expériences in vivo correspondantes, est moins coûteuse et prend moins de temps, et évite les préoccupations éthiques liées aux études sur les animaux vivants. Le contrôle précis des conditions expérimentales et la préservation du RPE et de la complexité tissulaire font de la méthode un outil précieux pour améliorer nos connaissances sur la physiologie et la physiopathologie rétiniennes et permettre de nombreuses applications expérimentales.
The authors have nothing to disclose.
Ces travaux de recherche ont reçu le soutien financier de l’Union européenne (transMed; H2020-MSCA-765441), le conseil allemand de la recherche (DFG; PA1751/8-1, 10-1) et le Conseil des bourses d’études de la Chine.
Biotin | Sigma | B4639 | |
(+/-)-α-LipoicAcid (=Thiotic acid) | Sigma | T1395 | |
BSA | Sigma | B4639 | |
CDP-Choline-Na | Sigma | 30290 | |
Corticosterone | Sigma | C2505 | |
CuSO4 × 5H2O | Sigma | C8027 | |
DL-Tocopherol | Sigma | T1539 | |
Ethanolamine | Sigma | E0135 | |
FCS | Sigma | F7524 | |
Filtropur BT100, 1L, 0.2µm | SARSTEDT | 83.3942.101 | for Basal Medium |
Forceps | F.S.T | 15003-08 | |
Glutamine | Sigma | G8540 | |
Glutathione | Sigma | G6013 | |
Insulin | Sigma | I6634 | |
L-CysteineHCl | Sigma | C7477 | |
Linoleic Acid | Sigma | L1012 | |
Linolenic Acid | Sigma | L2376 | |
MnCl2 x 4H2O | Sigma | M5005 | |
Na-pyruvate | Sigma | P3662 | |
NaSeO3 x 5H2O | Sigma | S5261 | |
Ophthalmic microscope scaping spoon | F.S.T. | 10360-13 | |
Progesteron | Sigma | P8783 | |
Proteinase K | MP Biomedicals | 21935025 | 44 mAnson U/mg |
R16 | Gibco | 07491252A | |
Retinol | Sigma | R7632 | |
Retinyl acetate | Sigma | R7882 | |
Scissors | F.S.T | 15004-08 | |
Sterile filter 0.22µm | MILLEX GP | SLGP033RS | for supplements |
T3 | Sigma | T6397 | |
Tocopherylacetate | Sigma | T1157 | |
Transferrin | Sigma | T1283 | |
Transwell permeable supports | Corning | 3412 | |
Vitamin B1 | Sigma | T1270 | |
Vitamin B12 | Sigma | V6629 | |
Vitamin C | Sigma | A4034 |