El presente protocolo describe el aislamiento y cultivo de queratinocitos orales derivados del paladar del ratón adulto. También se informa de un método de evaluación mediante inmunotinción.
Durante años, la mayoría de los estudios que involucran queratinocitos se han realizado utilizando queratinocitos epidérmicos de piel humana y de ratón. Recientemente, los queratinocitos orales han atraído la atención debido a su función y características únicas. Mantienen la homeostasis del epitelio oral y sirven como recursos para aplicaciones en terapias regenerativas. Sin embargo, los estudios in vitro que utilizan queratinocitos primarios orales de ratones adultos han sido limitados debido a la falta de un protocolo de cultivo eficiente y bien establecido. Aquí, los queratinocitos primarios orales se aislaron de los tejidos del paladar de ratones adultos y se cultivaron en un medio comercial bajo en calcio suplementado con un suero queloexado. En estas condiciones, los queratinocitos se mantuvieron en un estado proliferativo o similar al de las células madre, y su diferenciación se inhibió incluso después del aumento de los pasajes. El análisis de la expresión de marcadores mostró que los queratinocitos orales cultivados expresaron los marcadores de células basales p63, K14 y α6-integrina y fueron negativos para el marcador de diferenciación K13 y el marcador de fibroblastos PDGFRα. Este método produjo células viables y cultivables adecuadas para aplicaciones posteriores en el estudio de las funciones de las células madre epiteliales orales in vitro.
El epitelio oral sirve como primera barrera para proteger al cuerpo de las tensiones ambientales, incluidos los daños químicos o físicos y las infecciones bacterianas y virales1,2. La mucosa oral comprende una capa externa de epitelio escamoso estratificado que consiste en queratinocitos y tejido conectivo subyacente llamado lámina propia, que consiste principalmente en fibroblastos y la matriz extracelular. La mucosa oral del ratón se puede dividir ampliamente en tres subtipos: mucosa masticatoria (paladar duro y encía), especializada (lengua dorsal) y de revestimiento (mucosa bucal, lengua ventral, paladar blando, labios)2,3 (Figura 1A). El epitelio oral es queratinizado en la mucosa masticatoria y especializada y no queratinizado en la mucosa de revestimiento. A pesar de su ubicación anatómica, el epitelio oral es similar a la epidermis de la piel en que consiste en células epiteliales apretadas con diversos grados de diferenciación: capas basales que contienen células indiferenciadas; capas espinosas, granulares y cornificadas que forman epitelio queratinizado, o capas intermedias y superficiales que forman epitelio no queratinizado4. Los modelos de ratón transgénico han facilitado el estudio de las características celulares y moleculares de las células madre epiteliales orales en el paladar, la mucosa bucal, la lengua y la encía5,6,7,8,9,10,11. Sin embargo, la mayoría de estos estudios utilizaron principalmente experimentos con ratones in vivo. Los sistemas de cultivo celular no se empleaban típicamente debido a la falta de protocolos establecidos y eficientes.
Se puede utilizar un sistema de cultivo in vitro para el análisis molecular y bioquímico de reguladores de células madre, ensayos basados en células y detección de fármacos. Actualmente, se han desarrollado protocolos para el cultivo de queratinocitos primarios de la epidermis cutánea, en los que los queratinocitos basales pueden ser aislados y cultivados con éxito con fines clínicos y de investigación12,13,14,15. En 1980, Hennings et al. demostraron que una baja concentración de calcio (< 0,09 mM Ca2+) en el medio de cultivo facilitaba la proliferación y mantenía las células en un estado indiferenciado. Un mayor nivel de calcio promovió la diferenciación celular y redujo la proliferación16. Posteriormente, se han establecido metodologías de cultivo para queratinocitos epidérmicos murinos neonatales y adultos y se han aplicado ampliamente a numerosos modelos de ratón con diferentes antecedentes genéticos para estudios in vitro17,18,19. Aunque la piel y los epitelios orales comparten características comunes, también muestran diferencias intrínsecas, por ejemplo, en su estado de queratinización, tasa de renovación, expresión génica y capacidad de cicatrización de heridas3,11,20,21,22,23,24,25,26.
Aunque el cultivo oral de queratinocitos humanos se ha realizado con éxito27,28,29, las publicaciones sobre el cultivo de queratinocitos orales en ratones30,31,32 son limitadas debido al pequeño tamaño del tejido diana y a las características distintivas de las células en comparación con los queratinocitos epidérmicos cutáneos. Este protocolo describe las técnicas de aislamiento y cultivo a largo plazo de queratinocitos orales primarios de ratón.
Los queratinocitos primarios aislados de la epidermis de la piel humana o de ratón se han utilizado durante muchos años en investigaciones y aplicaciones clínicas12,13,15,18,27,28,29. Por el contrario, se han establecido pocos protocolos para aislar y cultivar queratinocitos orales primarios de ratones adultos30,31,32. El presente estudio utilizó un medio de cultivo comercial completo y chelexed-FBS para mantener los queratinocitos en un estado proliferativo o similar al de las células madre. Este sistema de cultivo se puede emplear en ensayos moleculares y bioquímicos para comprender mejor las características de las células madre epiteliales orales y sus enfermedades relacionadas.
Varios pasos críticos están incluidos en este protocolo. En primer lugar, la concentración de tripsina y el tiempo de incubación son esenciales para producir células viables para cultivos posteriores. Utilizamos consistentemente soluciones de tripsina al 0,025% y períodos de incubación de 16 h en la campana de la cámara a temperatura ambiente. Si no se incuban durante un período de tiempo suficiente, los queratinocitos no se disociarían adecuadamente del tejido, lo que resultaría en un menor rendimiento celular final. En segundo lugar, el pipeteo suave de la suspensión celular en el segundo día afecta notablemente la viabilidad celular. El raspado debe comenzar suavemente desde el lado epitelial y no exceder los 10 minutos por muestra de tejido. Finalmente, la primera suspensión celular aislada contiene fibroblastos y otros tipos de células; estas células no deseadas generalmente comenzarán a desaparecer en cultivos posteriores.
Se identificaron limitaciones potenciales durante el aislamiento y cultivo celular. En casos raros, los fibroblastos pueden estar contaminados durante el proceso de aislamiento, y los fibroblastos pueden inhibir el crecimiento de queratinocitos en pasajes posteriores (Figura 2H). Es necesario seleccionar un medio comercial que contenga un inhibidor del crecimiento de fibroblastos para eliminar dicha contaminación en el cultivo. Debido a que el paladar del ratón y otras mucosas orales tienen tamaños relativamente pequeños, el rendimiento celular inicial de un ratón puede ser bajo. Por lo tanto, todo el período de cultivo de este protocolo, hasta la etapa de criopreservación, es más largo que el de los queratinocitos primarios de la piel. Los queratinocitos orales aislados se utilizan mejor dentro de 10 pasajes, ya que períodos de cultivo más prolongados podrían cambiar las propiedades celulares y reducir el número de células madre.
El método actual mostró que los queratinocitos orales de ratón exhibieron una morfología de adoquines apretado y formaron colonias monocapa en condiciones proliferativas. También mostraron una alta expresión de los marcadores basales α6-integrina, K14 y el marcador de células madre p63. En estudios futuros, además de la tinción por inmunofluorescencia, la secuenciación de ARN, la RT-PCR y los análisis de western blot se utilizarán para verificar la heterogeneidad celular y la pureza de los queratinocitos orales, lo que mejorará aún más nuestra comprensión de la naturaleza de estas células.
Después de 2-3 pasajes, los queratinocitos orales fueron lo suficientemente estables como para ser utilizados en experimentos funcionales adicionales. Es importante destacar que este protocolo de cultivo se puede combinar con líneas de ratones transgénicos, incluidos los sistemas knockout de genes, Cre-loxP y tet-inducibles, y también se puede usar en ensayos celulares y moleculares. Por lo tanto, el presente protocolo proporciona a los investigadores un método fundamental y eficiente que podría usarse para comprender mejor la biología de las células madre de queratinocitos orales.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por la Subvención en Ayuda para la Investigación Científica (B) (20H03266) (a A.S.), La Subvención en Ayuda para Científicos de Carrera Temprana (18K14709) (a A.S.), AMED bajo el número de subvención JP21gm6110016 y 21bm0704067 (a A.S.), y becas de investigación de la Fundación de Ciencias De Takeda (a A.S.). Agradecemos al Centro de Recursos y Desarrollo Animal de la Universidad de Kumamoto y al Centro de Recursos Animales de la Universidad de Tsukuba por su excelente cuidado del ratón. Agradecemos a las instalaciones centrales de IRCMS en la Universidad de Kumamoto por su apoyo en imágenes confocales.
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 |