O presente protocolo descreve o isolamento e a cultura dos queratinócitos orais derivados do paladar do rato adulto. Um método de avaliação utilizando imunostaining também é relatado.
Durante anos, a maioria dos estudos envolvendo queratinócitos têm sido realizados usando queratinócitos epidérmicos de pele humana e camundongo. Recentemente, os queratinócitos orais têm chamado a atenção por causa de sua função e características únicas. Eles mantêm a homeostase do epitélio oral e servem como recursos para aplicações em terapias regenerativas. No entanto, estudos in vitro que usam queratinócitos primários orais de camundongos adultos têm sido limitados devido à falta de um protocolo cultural eficiente e bem estabelecido. Aqui, os queratinócitos primários orais foram isolados dos tecidos palato de camundongos adultos e cultivados em um meio comercial de baixo cálcio suplementado com um soro chelexed. Nessas condições, os queratinócitos foram mantidos em estado proliferativo ou semelhante a células-tronco, e sua diferenciação foi inibida mesmo após o aumento das passagens. A análise de expressão de marcadores mostrou que os queratinócitos orais cultivados expressavam os marcadores celulares basais p63, K14 e α6-integrin e eram negativos para o marcador de diferenciação K13 e o marcador fibroblasto PDGFRα. Este método produziu células viáveis e culturaveis adequadas para aplicações a jusante no estudo das funções de células-tronco epiteliais orais in vitro.
O epitélio oral serve como primeira barreira na proteção do corpo contra estresses ambientais, incluindo danos químicos ou físicos e infecções bacterianas e virais1,2. A mucosa oral compreende uma camada externa de epitélio escamoso estratificado que consiste em queratinócitos e tecido conjuntivo subjacente chamado lamina propria, que consiste principalmente de fibroblastos e da matriz extracelular. A mucosa oral do camundongo pode ser amplamente dividida em três subtipos: masticatório (paladar duro e gengiva), especializado (língua dorsal) e forro (mucosa bucal, língua ventral, paladar macio, lábios) mucosa2,3 (Figura 1A). O epitélio oral é queratinizado na mucosa mastigatória e especializada e não queratinizada na mucosa forro. Apesar de sua localização anatômica, o epitélio oral é semelhante à epiderme da pele, na medida em que consiste em células epiteliais bem embaladas com diferentes graus de diferenciação: camadas basais contendo células indiferenciadas; camadas espinhosas, granulares e cornificadas que formam epitélio queratinizado, ou camadas intermediárias e superficiais que formam epitélio não queratinizado4. Modelos de camundongos transgênicos facilitaram o estudo das características celulares e moleculares das células-tronco epiteliais orais no paladar, mucosa bucal, língua e gingiva5,6,7,8,9,10,11. No entanto, a maioria desses estudos usou principalmente experimentos de camundongos in vivo. Os sistemas de cultura celular não eram tipicamente empregados devido à falta de protocolos estabelecidos e eficientes.
Um sistema de cultura in vitro pode ser usado para a análise molecular e bioquímica de reguladores de células-tronco, ensaios baseados em células e triagem de drogas. Atualmente, foram desenvolvidos protocolos para a cultura de queratinócitos primários da epiderme da pele, nos quais os queratinócitos basais podem ser isolados e cultivados com sucesso para fins clínicos e de pesquisa12,13,14,15. Em 1980, Hennings et al. mostraram que uma baixa concentração de cálcio (< 0,09 mM Ca2+) no meio cultural facilitou a proliferação e manteve as células em um estado indiferenciado. Um maior nível de cálcio promoveu a diferenciação celular e reduziu a proliferação16. Posteriormente, metodologias de cultura para queratinócitos epidérmicos de murina neonatal e adulta foram estabelecidas e amplamente aplicadas a inúmeros modelos de camundongos com diferentes origens genéticas para estudos in vitro17,18,19. Embora a pele e a epitelial oral compartilhem características comuns, elas também apresentam diferenças intrínsecas, por exemplo, em seu estado de queratinização, taxa de rotatividade, expressão genética e capacidade de cicatrização de feridas3,11,20,21,22,23,24,25,26.
Embora a cultura de queratinócitos orais humanos tenha sido realizada com sucesso27,28,29, publicações sobre a cultura de queratinócitos orais do camundongo30,31,32 são limitadas devido ao pequeno tamanho do tecido alvo e às características distintas das células em comparação com os queratinócitos epidérmicos da pele. Este protocolo descreve as técnicas de isolamento e cultura de longo prazo dos queratinócitos orais primários do rato.
Os queratinócitos primários isolados da epiderme da pele humana ou do camundongo têm sido utilizados por muitos anos em pesquisas e aplicações clínicas12,13,15,18,27,28,29. Em contrapartida, poucos protocolos foram estabelecidos para isolar e cultivar queratinócitos orais primários de camundongos adultos30,31,32. O presente estudo utilizou um meio de cultura completa comercial e chelexed-FBS para manter queratinócitos em um estado proliferativo ou semelhante a células-tronco. Este sistema de cultura pode ser empregado em ensaios moleculares e bioquímicos para entender melhor as características das células-tronco epiteliais orais e suas doenças relacionadas.
Várias etapas críticas estão incluídas neste protocolo. Em primeiro lugar, a concentração de trippsina e o tempo de incubação são essenciais na produção de células viáveis para culturas subsequentes. Utilizamos consistentemente soluções de trippsina de 0,025% e períodos de incubação de 16 h no capô da câmara à temperatura ambiente. Se não incubados por um período de tempo suficiente, os queratinócitos não se dissociariam adequadamente do tecido, resultando em um rendimento celular final mais baixo. Em segundo lugar, a tubulação suave da suspensão celular no segundo dia afeta notavelmente a viabilidade celular. A raspagem deve começar suavemente do lado epitelial e não exceder 10 minutos por amostra de tecido. Finalmente, a primeira suspensão celular isolada contém fibroblastos e outros tipos de células; essas células indesejadas geralmente começarão a desaparecer em culturas subsequentes.
Foram identificadas limitações potenciais durante o isolamento celular e a cultura. Em casos raros, os fibroblastos podem ser contaminados durante o processo de isolamento, e os fibroblastos podem inibir o crescimento de queratinócitos em passagens subsequentes (Figura 2H). É necessário selecionar um meio comercial que contenha um inibidor de crescimento de fibroblasto para eliminar tal contaminação na cultura. Como o paladar do rato e outras mucosas orais têm tamanhos relativamente pequenos, o rendimento celular inicial de um rato pode ser baixo. Portanto, todo o período de cultura deste protocolo – até o estágio de criopreservação – é mais longo do que o para queratinócitos de pele primária. Os queratinócitos orais isolados são melhor utilizados dentro de 10 passagens, pois períodos de cultura mais prolongados poderiam alterar as propriedades celulares e diminuir o número de células-tronco.
O método atual mostrou que os queratinócitos orais do camundongo exibiam uma morfologia de paralelepípedos e formavam colônias monocamadas em condições proliferativas. Eles também mostraram alta expressão dos marcadores basais α6-integrin, K14, e marcador de células-tronco p63. Em estudos futuros, além da coloração da imunofluorescência, serão utilizadas análises de sequenciamento de RNA, RT-PCR e manchas ocidentais para verificar a heterogeneidade celular e a pureza dos queratinócitos orais, o que aumentará ainda mais nossa compreensão da natureza dessas células.
Após passagens de 2-3, os queratinócitos orais foram estáveis o suficiente para serem usados em outros experimentos funcionais. É importante ressaltar que este protocolo de cultura pode ser combinado com linhas de camundongos transgênicos, incluindo genes knockout, Cre-loxP e sistemas indutores de tet, e também pode ser usado em ensaios celulares e moleculares. Assim, o presente protocolo fornece aos pesquisadores um método fundamental e eficiente que poderia ser usado para entender ainda mais a biologia das células-tronco queratinócitos orais.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pelo Grant-in-Aid for Scientific Research (B) (20H03266) (para A.S.), Grant-in-Aid for Early-Career Scientists (18K14709) (to A.S.), AMED sob o número de subvenção JP21gm6110016 e 21bm0704067 (para A.S.), e bolsas de pesquisa da Takeda Science Foundation (para A.S.). Agradecemos ao Centro de Recursos e Desenvolvimento Animal da Universidade de Kumamoto e do Centro de Recursos Animais da Universidade de Tsukuba por seus excelentes cuidados com o rato. Agradecemos ao núcleo do IRCMS na Universidade de Kumamoto pelo apoio à imagem confocal.
0.025% Trypsin/EDTA | Gibco | R001100 | |
0.05% Trypsin/EDTA, phenol red | Gibco | 25300062 | |
0.4w/v% Trypan Blue solution | Wako | 207-17081 | |
10 mL Serological pipet | Falcon | 357551 | |
100 µm Nylon cell strainer | Falcon | 352360 | |
15 mL sterile conical tube | Falcon | 352096 | |
2 mL Aspirating pipet | Falcon | 357558 | |
35 mm Cell culture dish | Corning | 353801 | |
50 mL sterile conical tube | Falcon | 352070 | |
60 mm Cell culture dish | Corning | 353802 | |
6-well Tissue Culture plate | Falcon | 353046 | |
96 Well Culture plate (U bottom) | Falcon | 353077 | |
Antibiotic-Antimycotic 100x | Gibco | 15240062 | |
Biocoat Collagen I cellware 60mm dish | Corning | 356401 | |
Blunt Forceps | AS ONE | 1-8187-03 | |
Butorphanol | Meiji Seika Pharma | Vetorphale | |
CoolCell LX | Corning | 432002 | Cryogenic storage |
Cotton | AS ONE | 63-1452-97 | |
Cover slips 22 x 22 μm square | Matsunami Glass Ind. | C022221 | |
Cryogenic Vial 1.2 mL | Thermo Scientific | 5000-0012 | |
Defined Trypsin Inhibitor (DTI) | Gibco | R007100 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | 276855-100ML | |
Donkey anti-Rabbit IgG (H+L), Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A31572 | |
Donkey anti-Rat IgG (H+L), Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A21208 | |
Donkey serum | Sigma-Aldrich | D9663-10ML | |
EpiLife Defined Growth Supplement (EDGS) | Gibco | S0120 | |
EpiLife, with 60 µM calcium | Gibco | MEPI500CA | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 26140079 | |
Fine forceps | BRC Bio Research Center | PRI13-3374 | |
Goat anti-PDGF Receptor α | R&D Systems | AF1062 | |
Goat serum | Sigma-Aldrich | G9023-10ML | |
Half-curved forceps | BRC Bio Research Center | PRI13-3376 | |
Hemocytometer | Hirschmann Laborgeräte | 8100204 | |
Hoechst | Sigma-Aldrich | B2261 | |
Iris Scissors | Muromachi Kikai | 14090-09 | |
Medetomidine | Nippon Zenyaku Kogyo | Domitor | |
Midazolam | Astellas Pharma | Dormicum | |
No.15 Disposable scalpel | Feather | 219AABZX00136000 | |
Paraformaldehyde | Wako | 162-16065 | |
Phosphate Buffered Saline 1x, pH 7.4 | Gibco | 10010049 | |
Povidone-iodine | Y's Square | 872612 | |
Rabbit anti-Cytokeratin 13 antibody | Abcam | ab92551 | |
Rabbit anti-K14 | BioLegend | 905301 | |
Rabbit anti-p63 antibody | Abcam | ab124762 | |
Raspatorium #14 | AS ONE | 8-4599-01 | |
Rat α6-integrin | BD Biosciences | 553745 | |
Triton X-100 | Wako | 581-81705 | |
Type I Collagen coated 24-well plate | Corning | 354408 | |
Type I Collagen coated 60mm dish | Corning | 356401 | |
Type I Collagen coated 6-well plate | Corning | 355400 |