Descrevemos um método para separar eficientemente o epitélio pigmentar da retina (EPR) da retina em olhos humanos e gerar montagens planas inteiras de EPR/coroide para análises histológicas e morfométricas da EPR.
O epitélio pigmentar da retina (EPR) e a retina são tecidos funcional e estruturalmente conectados que trabalham juntos para regular a percepção da luz e a visão. As proteínas na superfície apical do EPR estão fortemente associadas a proteínas na superfície do segmento externo do fotorreceptor, dificultando a separação consistente do EPR dos fotorreceptores/retina. Desenvolvemos um método para separar eficientemente a retina do PSE dos olhos humanos para gerar montagens planas completas de PSE/coroide e retina para análise celular separada dos fotorreceptores e células RPE. Uma injeção intravítrea de uma solução de alta osmolaridade de D-manitol, um açúcar não transportado pelo PSE, induziu a separação do RPE e da retina em toda a câmara posterior sem causar danos às junções celulares do RPE. Não foram observados adesivos de PSE ligados à retina. A marcação faloidina da actina mostrou preservação da forma do PSE e permitiu a análise morfométrica de todo o epitélio. Um software baseado em inteligência artificial (IA) foi desenvolvido para reconhecer e segmentar com precisão as bordas celulares RPE e quantificar 30 métricas de forma diferentes. Este método de dissecção é altamente reprodutível e pode ser facilmente estendido a outros modelos animais.
O epitélio pigmentar da retina (EPR) e a retina neural estão fortemente interligados entre si devido à forte dependência fisiológica dos fotorreceptores no EPR. Durante a dissecção, a separação mecânica da retina neural do EPR causa o rompimento das células do EPR, com as porções apicais do EPR permanecendo ligadas aos segmentos externos dos fotorreceptores da retina. A extensão da adesão RPE-retiniana é tão grande que a quantidade de pigmento remanescente na retina após a separação é usada para quantificar a força da adesão retiniana1. Especificamente, as junções apertadas do PSE e a estrutura de actina que as conecta, que estão localizadas no lado apical, se rompem durante a separação mecânica. Portanto, a coloração de montagens planas de RPE para bordas celulares resulta em uma monocamada irregular na qual muitas células têm bordas ausentes. Este efeito é exacerbado quando o tecido é fixado com paraformaldeído (PFA) antes da dissecção, à medida que as proteínas se tornam reticuladas.
Estudos sobre a administração intravítrea de fármacos têm demonstrado que injeções de soluções hiperosmóticas na câmara posterior induzem o descolamento de retina 2,3. Nesses experimentos, 50 μL de diferentes soluções, variando de 1.000 mOsm a 2.400 mOsm, injetadas no vítreo médio, causaram descolamento de retina em poucos minutos. Notavelmente, mesmo após longas exposições a soluções de alta osmolaridade, as junções apertadas do PSE apareceram intactas nas imagens microscópicas eletrônicas de transmissão de olhos de coelho e macaco3. Seguindo uma estratégia semelhante, injetamos no vítreo médio uma solução hiperosmótica de D-manitol para induzir um descolamento de retina eficiente antes de realizar a dissecção do PSE. Como o D-manitol não é transportado pelo PSE4, uma alta concentração intravítrea é mantida, gerando um gradiente osmótico. A separação eficiente do PSE e da retina em toda a câmara posterior garante a preservação das junções celulares do PSE e permite o estudo da morfometria do RPE em toda a montagem plana. Além disso, desenvolvemos um software baseado em inteligência artificial (IA) que reconhece e segmenta bordas celulares de RPE marcadas fluorescentemente, quantifica 30 métricas de formas diferentes e produz mapas de calor de cada métrica para visualização 5,6.
A separação consistente e eficiente de PSE humano e retinas pode ser alcançada usando este protocolo. Esse método permite o estudo das diferenças regionais na forma da EPR em retinas humanas inteiras5. Um passo crucial no protocolo é a separação física do EPR e da retina. Se os dois tecidos não estiverem completamente destacados em algumas áreas, deve-se levantar suavemente a retina, garantindo não quebrar os tecidos. A análise REShAPE de grandes montagens planas pode exigir o uso de sistemas com recursos de RAM consideráveis. Nesse caso, a remontagem de toda a imagem pode ser desativada para permitir que o software conclua com êxito a análise, apesar da falta de recursos de processamento.
A principal limitação do uso do REShAPE para segmentar montagens planas de RPE humanas é que o algoritmo de IA foi treinado principalmente em imagens de PSE derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas. Como consequência, a segmentação de montagens planas de RPE humano é menos precisa. As células PSE de doadores idosos contêm uma grande quantidade de lipofuscina7, e o amplo espectro de sua autofluorescência interfere na segmentação da borda celular. No futuro, mais imagens de montagens planas de RPE serão usadas para melhorar a segmentação da borda celular nesse tipo de amostra. Apesar dessa limitação, o REShAPE foi especificamente treinado para reconhecer e segmentar as bordas celulares do PSE e tem um desempenho melhor do que outros métodos existentes, como a segmentação de células RPE Voronoi8 e CellProfiler9 .
Além disso, em comparação com a segmentação manual 10, o REShAPE oferece a vantagem de analisar imagens grandes rapidamente (~ 130.000 pixels x130.000 pixels foram testados). Em conclusão, este método de dissecção é altamente reprodutível e pode ser facilmente estendido a outros modelos animais. Além disso, o software pode ser usado para estudar a forma de PSE em montagens planas oculares ou em modelos de cultura celular para examinar o efeito de certos tratamentos. Finalmente, a versatilidade do REShAPE o torna amplamente aplicável para a análise de outros tipos de células epiteliais.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos ao núcleo de histologia do National Eye Institute (NEI) pelo uso do Zeiss Axio Scan.Z1. Também agradecemos aos doadores, suas famílias, a Advancing Sight Network e o Lions Eye Institute por sua generosidade. Este trabalho foi apoiado por fundos NEI IRP (número de subvenção ZIA EY000533-04).
Biopsy punch 1.5 mm | Acuderm Inc. | P1525 | |
Bovine albumin | MP Biomedicals | 160069 | |
Coverglass 50 x 75 mm, #1.5 thickness | Brain Research Laboratories | 5075-1.5D | |
Curved spatula | Katena | K3-6600 | |
D-Mannitol | Sigma | M9546 | |
DPBS 1x with Ca2+ and Mg2+ | Gibco | 14040-133 | |
Fine Scissors | Fine Science Tools | 14558-11 | |
Fluormount-G | Southern Biotech | 0100-01 | |
Forceps – Dumont #5 | Fine Science Tools | 11252-23 | |
Microscope slides 50 x 75 x 1.2 mm | Brain Research Laboratories | 5075 | |
Needles 21 G x 1-1/2" hypodermic | Becton Dickinson (BD) | 305167 | |
Needles 27 G x 1-1/4" hypodermic | Becton Dickinson (BD) | 305136 | |
Paraformaldehyde 16% | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Petri dish 100 mm | Corning | 430167 | |
Phalloidin-iFluor 647 | Abcam | ab176759 | |
Razor blades | PAL (Personna) | 62-0177 | |
Round bottom tubes 50 mL | Newegg | 9SIA4SR9M88854 | |
Silicon Elastomer Kit | Dow Corning Corporation | 4019862 | |
Square weighing boat (81 mm x 81 mm x 25 mm) | Sigma | W2876 | |
Surgical Vitrectomy System | BD Visitrec | 585100 | optional |
Syringe 1 mL | Becton Dickinson (BD) | 309659 | |
Triton X-100 | Sigma | T9284 | |
TrueBlack | Biotium | 23007 | autofluorescence quencher |
Tween 20 | Affymetrix | 20605 | |
Vannas Spring Scissors – 3 mm cutting edge | Fine Science Tools | 15000-10 |