Diese Studie konzentriert sich auf eine in-vitro- Modell der Wunde heilende (Scratch Assay) als Mechanismus zur Bestimmung wie Umweltschadstoffe wie Arsen Einfluss zelluläre Migration. Die Ergebnisse zeigen, dass dieser in Vitro Assay schnelle und frühzeitige Hinweise auf Änderungen an zelluläre Migration vor dem in-Vivo -Experimente bietet.
Das Verständnis der physiologischen Mechanismen der Wundheilung hat seit vielen Jahren im Mittelpunkt der Forschung. Diese Forschung führt direkt zu Veränderungen im klinischen Standards für die Behandlung von Wunden und abnehmende Morbidität und Mortalität bei Patienten. Wundheilung ist ein komplexer Prozess, der strategischen Zell- und Interaktion und Funktion benötigt. Eine der vielen kritisch wichtigen Funktionen der Wundheilung ist individueller und kollektiver zelluläre Migration. Nach Verletzungen Wandern verschiedene Zellen aus dem Blut, umgebende Binde- und epithelialen Gewebe rapide in der Wunde durch chemische und/oder physikalische Reize. Diese Migration Antwort kann weitgehend diktieren, die Ergebnisse und den Erfolg einer heilenden Wunde. Diese spezifische zelluläre Funktion zu verstehen ist wichtig für Translationale Medizin, die verbesserte Wundheilung Ergebnissen führen kann. Hier beschreiben wir ein Protokoll verwendet, um zellulare Migration besser zu verstehen, wie es bezieht sich auf die Wundheilung, und wie Änderungen an der zellulären Umgebung diesen Prozess erheblich verändern können. In diesem Beispiel-Studie wurden dermale Fibroblasten in Medien mit fetalen bovine Serum (FBS) ergänzt als Monolayer-Kulturen im Gewebe Kulturflaschen angebaut. Zellen wurden aseptisch in Gewebekultur behandelt 12-Well-Platten übertragen und zu 100 % Zusammenfluss gewachsen. Nach dem Zusammenfluss erreichen, wurden die Zellen in der Monolage vertikal zerkratzt mit einer p200 Pipettieren Spitze. Arsen verdünnt in Kulturmedien mit FBS ergänzt wurde einzelnen Wells in ökologisch hinzugefügt, dass relevante Dosen im Bereich von 0,1-10 M. Bilder aufgenommen wurden, alle 4 Stunden (h) über einen Zeitraum von 24 Stunden mit einer invertierten Lichtmikroskop, zelluläre Migration zu beobachten (Wunde (Schließung). Bilder wurden einzeln mit Bildanalyse-Software analysiert und Prozent Wunde Schließung wurde berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass Arsen die Wundheilung verlangsamt. Diese Technik bietet einen schnellen und kostengünstigen ersten Bildschirm für die Bewertung der Auswirkungen von Schadstoffen auf die Wundheilung.
Wundheilung besteht aus einer komplexen Abfolge von überlappenden Schritte, bei denen verschiedene Zelltypen, Signalmoleküle und extrazelluläre Matrix Komponenten1. Diese Komponenten zusammenarbeiten, gemeinsam, um zu erreichen, Wunde Auflösung oder Reparatur, was letztendlich zur Bildung einer schützenden fibrotische Narbe je nach Trauma1führt. Um die einzelnen Prozesse und Funktionen der Wunde zu erfassen ist es schwierig, die Heilung in einem Experiment. einzelnen Schritte innerhalb der Wundheilung müssen identifiziert und separat getestet werden. Unter den vielen Schritten der Wundheilung ist der Prozess der zelluläre Migration kritisch betrachtet worden, heilende Sätze2Bewertung. Zelluläre Migration in allen Phasen der Wundheilung beobachtet werden und somit erfordert weitere Verständnis wie Änderungen an Zellwanderung Wundverschluss auswirken können. Zum Beispiel wird zelluläre Migration in beiden frühen und späten Phase Entzündung mit Blut Koagulation und Thrombozyten-Aggregation auf die Wunde Seite3gesehen. Diese Ereignisse verhindern übermäßigen Blutverlust durch die Bildung einer vorübergehende Blockade um verwundete Flächen frei von Gewebe3zu füllen. Thrombozyten im Umlauf werden synthetisieren und sezernieren vasoaktive Mediatoren zusammen mit chemotaktische Faktoren, welche zusammen Signal für entzündliche Leukozyte Migration (weiße Blutkörperchen) des verletzten Gewebes für Reparatur4. Re Epithelisierung erfolgt innerhalb von Stunden von Gewebeverletzungen und beinhaltet Abdeckung der Wunde durch Aktivität und Migration von epithelialen Keratinozyten um weitere Verschmutzung zu verhindern oder Invasion von Fremdkörpern in die Wunde Seite2. Diese Beispiele erfassen nur wenige der vielen Zellwanderung, die Funktionen im Zusammenhang mit Wundheilung.
Der Scratch-Test worden beschrieben und zum besseren Verständnis Zellwanderung und seine vielen Rollen in5,6der Wundheilung verwendet. Dieser Assay gilt als simpel, bietet hohen Durchsatz und ermöglicht die Ermittler, repräsentative Zelle Migrationsdaten zu sammeln. Migration-Assays haben erfolgreich gezeigt, dass bestimmte Verbindungen können beschleunigen oder die Rate der zelluläre Migration6 verlangsamen. Darüber hinaus bieten diese Untersuchungsergebnisse translationale physiologische Informationen, die verwendet werden, um die Ziel-Behandlungen, Dosierung Konzentrationen und Gene von Interesse vor in Vivo Experimente zu formulieren. Der Test erfordert Grundzelle Kulturtechniken und Lieferungen, eine Zelllinie Wahl und imaging-Technologie, Bewegung oder Bewegung als Reaktion auf die Behandlungen zu erfassen.
Der Test kann leicht manipuliert oder zugeschnitten auf die Bedürfnisse des Prüfers. Allerdings gibt es vier grundlegende Fragen zu prüfen, vor dem experimentieren. Welche allgemeine oder spezifische Frage (n) ist/sind der Prüfleiter zu beantworten versuchen? Dies gilt auch für die meisten Hypothesen Forschung; Allerdings ist es wichtig zu diesem Test, weil es viele Parameter benötigt, um präzise und vollständig beantwortet die Frage (n) bestimmt wird. Was Zelllinie oder Zellinien (falls mehrere) sollten zur Darstellung der physiologischen Systems untersucht? Zum Beispiel in einer kutanen gewickelt, heilende Studie, dermalen Fibroblasten5,6,7, Stammzell-8oder epidermalen Keratinozyten9 könnte als Zellpopulationen gewertet, die normalerweise zu finden sind in Hülle und Fülle in Haut Gewebe10. Alternativ konnte die neutrophilen Granulozyten, Makrophagen und anderen Entzündungszellen in diesem System darzustellen Zellwanderung anderer Komponenten der Wundheilung innerhalb der Haut Gewebe10ausgewertet werden. Darüber hinaus hilft identifizieren die spezifischen Zellinie evaluiert um zu identifizieren, welche Reagenzien optimal zu nutzen, um metabolische Aktivität der Zellen zu fördern sind. Wie wird die Zellwanderung verfolgt/abgebildet sein? Es gibt eine Reihe von Techniken zur Zellwanderung innerhalb einer Platte oder einer Flasche zu beobachten. Zum Beispiel bietet färben oder Gewebekulturen tagging Zellen und Fluoreszenz oder confocal imaging verwenden, um Zellen zu verfolgen einen starken Kontrast, wodurch die Ermittler zu zellulären vs. nicht-Mobilfunk-Standorte und zelluläre Bewegung11 klar definieren . Eine weitere gängige Technik, beschrieben in dieser Studie ist die Verwendung der invertierten Lichtmikroskopie mit Phase Kontrast6,7. Diese Alternative zu Zelle Farbstoffe und Fluoreszenz ermöglicht dem Benutzer, Track Zellen Leben, ohne Zellen vor Bildgebung unheilbar zu beheben und ermöglicht auch für die Aufnahmen der gleichen einzelnen Wells mit verwundeten Monolagen Zellen über Zeitpunkte. Welches Ergebnis misst, wird für die Analyse verwendet werden? Die Verwendung der Bilder gesammelt während der Studie Daten erzeugt werden können, in denen Änderungen an zelluläre Migration verstanden werden können. In unserem Labor mikroskopische Bilder auf dem invertierten Lichtmikroskop, Bildanalyse-Software hochgeladen werden und die prozentuale Wundverschluss und summierte Fläche unter der Kurve (AUC) werden berechnet.
Wir beleuchten den gezielten Einsatz von diesem Assay, Änderungen zur Migration der dermalen Fibroblasten in Anwesenheit von bekannten Umwelt Verunreinigung, Arsen aufzuklären. Arsen ist ein natürlich vorkommendes Halbmetall gefunden innerhalb der Erdkruste. Verschiedenen Orten fanden mit erhöhten Konzentrationen von Arsen, die eine Gefahr für Personen darstellt, die in der Nähe von diesen Orten leben. Infolgedessen wurden Nahrung und Wasser Quellen gezeigt, Arsen Kontaminationsgrad gestiegen, das erhöht die Wahrscheinlichkeit für den einzelnen Arsen ausgesetzt werden. Ökologische Arsen Exposition hat nachweislich langfristigen gesundheitlichen Folgen in menschlichen Populationen oberhalb oder auch unterhalb der aktuellen United States Environmental Protection Agency (USEPA) Max Verunreinigung Ebene (MCL) 10 ppb (10 µg/L)12, 13. Obwohl das USEPA hat diese MCL und hielt es trinkbar Grenzen, Arsenkonzentrationen, die dieses Limit überschreiten sind keine Seltenheit in Wasserquellen weltweit. Im Südwesten der Vereinigten Staaten, wurden zahlreiche Grundwasser Brunnenwasser und Quellen dokumentiert, um Bezug auf Niveaus von Arsen14enthalten. So enthält z. B. im Verde Valley, AZ, Montezuma gut 210 µg/L Arsen15. Grundwasser rund um den Fluss Verde, AZ enthält 16 µg/L Arsen durchschnittlich, mit Spitzenwerten bis 1,3 mg/L15,16. Vor allem überschreiten Arsenkonzentrationen in vielen Brunnen in der Verde River Wasser Schuppen 50 µg/L15,16. Mit diesem wissen, umweltrelevante Arsen-Konzentrationen wurden ausgewählt, dieses Bereichs von unten die MCL bei 0,1 µM (7,5 ppb), um über die MCL bei 10 µM (750 ppb) in der aktuellen Studie14,15,16 , 17 , 18 , 19 , 20 .
Aus diesen Experimenten gesammelten Informationen dienen als ein Frühindikator für mögliche Änderungen an zelluläre Migration in einem in Vivo Wunde mit Arsen verseucht. Danach, Signalisierung, dass Moleküle ausgewählt werden können abhängig von ihrer Rolle in der Wundheilung und zelluläre Migration zu erleichtern, und künftige quantitative Polymerase Kettenreaktion (qPCR) basierte gen Ausdruck Experimente können nach Abschluss des aktuellen eingerichtet werden Studien. Wenn Migration Rate in diesem Assay in Anwesenheit von Arsen zu ändern, spezifisches gen Ziele zelluläre Migration beteiligt möglicherweise das Ziel für die schädlichen Auswirkungen von Arsen, und so können der Mechanismus der Störung sein.
Anwendung des Assays bietet eine Hochdurchsatz- und zeitnahe Bewertung der zelluläre Migration und kann direkt auf komplexen physiologischen Systeme5,6,7übersetzen. Aus diesem Grund wurde das vorgeschlagene Benchtop-Modell abgestimmt und geübt, um die Auswirkungen von verschiedenen Therapeutika und Umweltgiften auf Wundheilung6zu bewerten. Die Konzentrationen von Arsen in der aktuellen Studie verwendeten galten umweltrelevanten durch umfangreiche Literaturrecherche der bekannten Exposition und vom Rückblick auf verschiedene Daten Stützpunkte14,15, 16,17,18,19,20,21. Verwendung von in-vitro- Scratch Assays gezeigt, dass die Exposition zu einer Arsenkonzentration innerhalb der hohen, aber ökologisch relevanten Bereich, verzögert Wundverschluss (zelluläre Migration).
Diese Bench-Top-Modell war auch beschäftigt, zu isolieren und zu eine einzelnen Zelllinie (Fibroblasten) um besser zu verstehen wie Fibroblasten Migration trägt zur Heilung Ergebnisse Wunde zu studieren. Darüber hinaus ist es schwierig, die Funktionen von einer einzelnen Zelllinie in komplexe in-Vivo -Systemen mit vielen anderen Zellen und Geweben vorhanden zu studieren, die die Analyse beeinträchtigen können. Darüber hinaus bietet der Assay ein Mittel zur Erreichung semi-quantitativen Prozent Wunde Schließung Daten, die verwendet werden können spezifische zelluläre Mechanismen durch die Wundheilung Verbindungen beeinflussen können. Zum Beispiel in der Scratch-Test verwendete Zellen gesammelt und in eine gewünschte Reagenz gespeichert und in der Genexpression verwendet werden können (signal-mRNA) oder Protein-Expression assays22. Diese Informationen kann auf die Ermittler nützlich sein, wenn sie versuchen, zu verstehen was Signale oder Proteine weitgehend auf Veränderungen in der zellulären Migration in Anwesenheit von unterschiedlichen Behandlungen (z.B. Arsen)22beitragen können.
Menschliche Neugeborene dermale Fibroblasten wurden für diese Arbeit, basierend auf ihre herausragende Rolle bei der Wundheilung ausgewählt. Allerdings hat dieses Rubbellos Assay-Protokoll umgesetzt worden, mit verschiedenen Zelltypen und für verschiedenste Zwecke. Zum Beispiel wurde der Scratch-Test in dem Gebiet der Onkologie für Migration Inhibition der Chemotherapie Drogen23Studium angenommen; für skelettartigen Muskel Zellwanderung, Vermehrung und Verbreitung24; die Wirkung von Pflanzenextrakten auf zelluläre Migration25zu studieren; und um zu verstehen, wie Keratinozyten Migration und Proliferation zur Heilung9gewickelt. Darüber hinaus bewertet eine frühere Arbeit von Pinto Et Al. die Auswirkungen von Uran (U) und Platelet-Rich Plasma (PRP) auf hDFn Migration mithilfe der Scratch-Test6. Das Ziel dieser Arbeit war das Ausmaß zu verstehen, zu dem dieser Assay die Auswirkungen der Vermittler gedacht, um zelluläre Migration (U) langsam sowie Vermittler gedacht, um zelluläre Migration (PRP) beschleunigen testen konnte. Wie kann man in der oben genannten Arbeiten und Forschung durch andere Forscher, Anwendung der Scratch-Test hat hohes Potenzial für den Einsatz in verschiedenen experimentellen Modellen26. Trotz der Detailliertheit innerhalb der Methoden sollte Varianz zwischen Ermittlern und Experimente erwartet werden. Beispielsweise werden zelluläre Migration Preise wahrscheinlich basierend auf der Zell-Linie im Einsatz, neben der erforderlichen Mikronährstoffe benötigt für einzigartige Zelltypen schwanken. Viele wichtigeren Bemerkungen für Zellausbeute und Rentabilität sind als Notizen in diesem Protokoll aufgeführt. Es ist jedoch dringend empfohlen, dass Ermittler des Herstellers für optimale Wachstumsbedingungen und zur Verwendung dieser Methode als ergänzende Anweisungen für allgemeine Zelle Kultur Arbeit folgen.
Obwohl der Scratch-Test vielseitig einsetzbar für Studie der Zellaktivität ist; unvorhergesehene Verzerrungen entstehen in der Messtechnik. Zum Beispiel wenn ImageJ manuell Zelle Migration Fronten verfolgen, existieren Variation unter den Nutzern, die Genauigkeit und repräsentative Datenerhebung einschränken können. Anzumerken ist, dass Migration Fronten blind auf die Behandlung Benutzer Verzerrungen zu minimieren gelesen werden soll. Darüber hinaus kann manuell identifizieren Migration Fronten führen Fehleinschätzung der durchschnittliche zurückgelegte Strecke durch Pseudopod Bildung von Zellen und ihre Fähigkeit zu erreichen, um Form fokalen Adhäsionen, die optisch irreführend sein kann. In ähnlicher Weise die Verwendung von fluoreszierenden “Zelle Tracker” färbt auf Zelloberfläche oder nuklearen Proteine, Migration zu erkennen können unbeabsichtigt Zellen, was zu Ungenauigkeiten bei der Messung von zellulären Migration im Laufe der Zeit beheben. Es wird empfohlen, entsprechende positive und/oder negative Kontrollen im Rahmen des Experiments völlig Esel eingeschrieben werden die Wirkung der Behandlung auf die Zell-Linien. Praxis des Assays ist als Anerkennung für seine Grenzen auszufüllen. Dieser Assay garantiert nicht, dass zelluläre Migrationsergebnisse aus in-vitro- Experimente direkt zu in Vivo Ergebnisse. übersetzen Wunde heilend und zelluläre Migration in ein komplexes lebendes System umfasst eine Vielzahl von Zelltypen und molekulare Signale; jede davon hat das Potenzial, heilende Reaktionen beeinflussen.
Zusammenfassend lässt sich sagen fand der Scratch-Test, High Throughput Screening der zelluläre Migration in Reaktion auf sich ändernde Umgebungen6,25bieten. Wir nutzten speziell dieses Protokoll um Veränderungen erfolgreich in zelluläre Migration durch Arsen Exposition bei verschiedenen umweltrelevanten Dosen zu erkennen. Diese Angaben haben Rechtfertigung den Scratchen-Test verwenden, um weitere Studie und bewerten die mechanistische Wege der zellulären Arbeitsmigration in diesem Assay und wie diese Wege durch Arsen Exposition verändert werden.
The authors have nothing to disclose.
Forschung berichtet in dieser Publikation wurde durch das National Institute on Minderheit Gesundheit und gesundheitliche Ungleichheiten der National Institutes of Health unter Preis Anzahl U54MD012388 unterstützt. Der Inhalt ist ausschließlich in der Verantwortung der Autoren und nicht unbedingt die offizielle Meinung der National Institutes of Health.
Class II A/B3 Biological Safety Cabinet | Forma Scientific | 15201-816 | |
Nitrile Gloves | Kimberly-Clark | 55082 | |
Water Bath | Precision | Model 182 | |
Inverted Microscope | Leica | Q080318 | |
CPR Centrifuge | Beckman | 349702 | |
Analytical Scale | Ohaus | I093 1125062111P | |
Weighting paper | VWR | H351125781212A | |
Biohazard bags | Fisherbran | 01-830A | |
Water Jacketed CO2 Incubator | Thermo Scientific | 309739-31053 | |
Hanks Balanced Salt Solution | Gibco | 14175-095 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | 10566-016 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 26140-079 | |
Automatic Pipettor | Drummond | 140685 | |
p200 Pipette | Gilson | ||
p20 Pipette | Gilson | ||
Denominator | Fisher Scientific | D59707 | |
Trypan Blue Stain | Gibco | 15250-061 | |
T75 tissue flask | Corning | 430725U | |
15 mL Conical Tube | Fisherbrand | 05-539-5 | |
50 mL Conical Tube | VWR | 21008-178 | |
5 mL Pipette | Fisherbrand | 13-678-11D | |
10 mL Pipette | Fisherbrand | 13-678-11E | |
Tissue Marker | Securline | 92167 | |
Wipes | Kintech | 34155 | |
70% Ethanol | Fisher | 63-67-0 | |
Non-Filter Pipet Tips | Fisherbrand | 16160210 | |
Bleach | Great Value | 220-04 | |
96-well | Falcon | 353915 | |
Cryovial Rack | Nalgene | 5030-0505 | |
Hemacytometer | Gizmo Supply | B00SCOGY56 | |
TrypLE Express | Gibco | 12605-028 | |
Conical Tube Rack | n/a | n/a | |
12-well plate | Corning | 3598 | |
Waste Beaker | n/a | n/a | |
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Straight Edge Ruler | n/a | n/a | |
Human neonatal dermal fibroblasts (hDFn) | lot: 1734, 2902 | 106-05n | |
Rstudio Statistical Software | ver: 3.5.1 | ||
Image J | NIH | ver: 1.8.0_112 |