Mevcut protokol, yetişkin fare damak tadından elde edilen oral keratinositlerin izolasyonu ve kültürünü açıklar. İmmünasyon kullanılarak yapılan bir değerlendirme yöntemi de rapor edilir.
Yıllardır, keratinositleri içeren çoğu çalışma insan ve fare derisi epidermal keratinositler kullanılarak yapılmıştır. Son zamanlarda, oral keratinositler benzersiz işlevleri ve özellikleri nedeniyle dikkat çekmektedir. Oral epitelin homeostazını korurlar ve rejeneratif tedavilerdeki uygulamalar için kaynak görevi ederler. Bununla birlikte, yetişkin farelerden oral primer keratinositler kullanan in vitro çalışmalar, verimli ve köklü bir kültür protokolünün olmaması nedeniyle sınırlı olmuştur. Burada, oral primer keratinositler yetişkin farelerin damak dokularından izole edildi ve chelexed-serum ile desteklenmiş ticari bir düşük kalsiyum ortamında kültürlendi. Bu koşullar altında keratinositler proliferatif veya kök hücre benzeri bir durumda muhafaza edildi ve pasajlar arttıktan sonra bile farklılaşmaları inhibe edildi. İşaretleyici ekspresyon analizi, kültürlü oral keratinositlerin bazal hücre belirteçlerini p63, K14 ve α6-integrin olarak ifade ettiğini ve K13 farklılaşma işaretleyicisi ve fibroblast belirteci PDGFRα için negatif olduğunu göstermiştir. Bu yöntem in vitro oral epitel kök hücre fonksiyonlarının incelenmesinde aşağı akış uygulamalarına uygun uygulanabilir ve kültlenebilir hücreler üretti.
Oral epitel, vücudu kimyasal veya fiziksel hasar ve bakteriyel ve viral enfeksiyonlar da dahil olmak üzere çevresel streslerden korumada ilk bariyer görevi görür1,2. Oral mukoza, esas olarak fibroblastlar ve hücre dışı matristen oluşan lamina propria adı verilen keratinositler ve alttaki bağ dokusundan oluşan tabakalı skuamöz epitelin dış tabakasından oluşur. Fare oral mukozası geniş ölçüde üç alt tipe ayrılabilir: mastikatör (sert damak ve diş eti), özel (dorsal dil) ve astar (bukkal mukoza, ventral dil, yumuşak damak, dudaklar) mukoza2,3 (Şekil 1A). Oral epitel, mastikatör ve özel mukozada keratinize edilir ve astar mukozasında keratinize değildir. Anatomik konumuna rağmen, oral epitel cilt epidermisine benzer, çünkü çeşitli derecelerde farklılaşma ile sıkıca paketlenmiş epitel hücrelerinden oluşur: farklılaşmamış hücreler içeren bazal tabakalar; keratinize epitel oluşturan dikenli, granül ve kornişli katmanlar veya keratinize edilmemiş epitel oluşturan orta ve yüzeysel katmanlar4. Transgenik fare modelleri oral epitel kök hücrelerinin damak, bukkal mukoza, dil ve diş eti hücresel ve moleküler özelliklerinin incelenmesini kolaylaştırdı5,6,7,8,9,10,11. Bununla birlikte, bu çalışmaların çoğu öncelikle vivo fare deneylerinde kullanılır. Hücre kültürü sistemleri genellikle yerleşik ve verimli protokollerin eksikliği nedeniyle kullanılmamıştır.
Kök hücre düzenleyicilerinin moleküler ve biyokimyasal analizi, hücre bazlı tahliller ve ilaç taraması için in vitro kültür sistemi kullanılabilir. Şu anda, bazal keratinositlerin klinik ve araştırma amacıyla başarılı bir şekilde izole edilebildiği ve kültürlenebildiği cilt epidermisinin primer keratinosit kültürü için protokoller geliştirilmiştir12,13,14,15. 1980’de Hennings ve arkadaşları, kültür ortamında düşük kalsiyum konsantrasyonu (< 0.09 mM Ca2+) çoğalma ve hücrelerin farklılaşmamış bir durumda tutulmasını kolaylaştırdığını gösterdi. Daha yüksek kalsiyum seviyesi hücre farklılaşmasına ve çoğalma azalmasına neden oldu16. Daha sonra, yenidoğan ve yetişkin murine epidermal keratinositler için kültür metodolojileri oluşturulmuş ve in vitro çalışmalar için farklı genetik geçmişlere sahip çok sayıda fare modeline yaygın olarak uygulanmıştır17,18,19. Cilt ve oral epitel ortak özellikleri paylaşmakla birlikte, keratinizasyon durumlarında, ciro oranında, gen ifadesinde ve yara iyileşme yeteneklerinde de içsel farklılıklar gösterirler3,11,20,21,22,23,24,25,26.
İnsan oral keratinosit kültürü başarıyla gerçekleştirilmesine rağmen 27.28,29, fare oral keratinosit kültürü üzerine yapılan yayınlar30,31,32 hedef dokunun küçüklüğü ve hücrelerin cilt epidermal keratinositlere göre farklı özellikleri nedeniyle sınırlıdır. Bu protokol, fare birincil oral keratinositlerinin yalıtımını ve uzun vadeli kültür tekniklerini açıklar.
İnsan veya fare derisi epidermisinden izole edilen primer keratinositler araştırma ve klinik uygulamalarda uzun yıllardır kullanılmaktadır12,13,15,18,27,28,29. Bunun aksine, birincil oral keratinositleri yetişkin farelerden izole etmek ve kültüre etmek için çok az protokol oluşturulmuştur30,31,32. Bu çalışmada keratinositleri proliferatif veya kök hücre benzeri bir durumda tutmak için ticari bir tam kültür ortamı ve chelexed-FBS kullanılmıştır. Bu kültür sistemi, oral epitel kök hücrelerinin özelliklerini ve ilgili hastalıklarını daha iyi anlamak için moleküler ve biyokimyasal tahlillerde kullanılabilir.
Bu protokolde birkaç kritik adım yer almaktadır. İlk olarak, tripin konsantrasyonu ve kuluçka süresi sonraki kültürler için uygulanabilir hücreler üretmek için gereklidir. Oda sıcaklığında oda başlığında sürekli olarak %0,025 tripsin solüsyonu ve 16 saat kuluçka periyodu kullandık. Yeterli süre inkübe edilmezse, keratinositler dokudan düzgün bir şekilde ayrışmaz ve bu da daha düşük bir nihai hücre verimi ile sonuçlanır. İkincisi, hücre süspansiyonunun ikinci günde hafifçe pipetlemesi özellikle hücre canlılığını etkiler. Kazıma epitel tarafından hafifçe başlamalı ve doku örneği başına 10 dakikayı geçmemelidir. Son olarak, ilk izole hücre süspansiyonu fibroblastlar ve diğer hücre tiplerini içerir; bu istenmeyen hücreler genellikle sonraki kültürlerde kaybolmaya başlayacaktır.
Hücre izolasyonu ve kültürü sırasında potansiyel sınırlamalar belirlendi. Nadir durumlarda, fibroblastlar izolasyon işlemi sırasında kontamine olabilir ve fibroblastlar sonraki pasajlarda keratinositlerin büyümesini engelleyebilir (Şekil 2H). Kültürdeki bu tür kirlenmeyi ortadan kaldırmak için fibroblast büyüme inhibitörü içeren ticari bir ortam seçmek gerekir. Fare damağı ve diğer oral mukoza nispeten küçük boyutlara sahip olduğundan, bir fareden ilk hücre verimi düşük olabilir. Bu nedenle, kriyoprezervasyon aşamasına kadar bu protokolün tüm kültür süresi birincil cilt keratinositleri için bundan daha uzundur. İzole oral keratinositler en iyi 10 pasajda kullanılır, çünkü daha uzun kültür süreleri hücre özelliklerini değiştirebilir ve kök hücre sayısını azaltabilir.
Mevcut yöntem, fare oral keratinositlerinin sıkıca paketlenmiş, parke taşı morfolojisi sergilediğini ve proliferatif koşullar altında monolayer koloniler oluşturduğunu göstermiştir. Ayrıca bazal belirteçler α6-integrin, K14 ve kök hücre işaretleyici p63’ün yüksek ekspresyonlarını gösterdiler. Gelecekteki çalışmalarda, immünofluoresans lekelemesine ek olarak, bu hücrelerin doğasını daha da iyi anlamamızı sağlayacak olan oral keratinositlerin hücresel heterojenliğini ve saflığını doğrulamak için RNA-dizileme, RT-PCR ve batı leke analizleri kullanılacaktır.
2-3 pasajdan sonra oral keratinositler daha sonraki fonksiyonel deneylerde kullanılabilecek kadar kararlıydı. Daha da önemlisi, bu kültür protokolü gen nakavt, Cre-loxP ve tet-indüklenebilir sistemler de dahil olmak üzere transgenik fare çizgileriyle birleştirilebilir ve hücresel ve moleküler testlerde de kullanılabilir. Bu nedenle, mevcut protokol araştırmacılara oral keratinosit kök hücre biyolojisini daha fazla anlamak için kullanılabilecek temel ve verimli bir yöntem sunmaktadır.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, Bilimsel Araştırmalar için Yardım Hibesi (B) (20H03266) (A.S.’ye), Erken Kariyer Bilim adamları için Yardım Hibesi (18K14709) (A’ya) tarafından desteklenmiştir. .S.), JP21gm6110016 ve 21bm0704067 (A.S.’ye) hibe numarası altında AMED ve Takeda Bilim Vakfı’ndan (A.S.’ye) araştırma hibeleri. Kumamoto Üniversitesi Hayvan Kaynakları ve Geliştirme Merkezi’ne ve Tsukuba Üniversitesi Hayvan Kaynakları Merkezi’ne mükemmel fare bakımları için teşekkür ederiz. Kumamoto Üniversitesi’ndeki IRCMS çekirdek tesisine konfokal görüntüleme konusundaki desteği için teşekkür ederiz.
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 |