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Method Article
Dieses Protokoll skizziert eine schnelle Methode, um gleichzeitig Melanozyten- und Fibroblastenkulturen aus der Haut von 0-4 Tage alten Mäusen zu erzeugen. Diese Primärkulturen können in vitro gepflegt und manipuliert werden, um eine Vielzahl physiologisch relevanter Prozesse zu untersuchen, einschließlich Hautzellbiologie, Pigmentierung, Wundheilung und Melanom.
Defekte in der Fibroblasten- oder Melanozytenfunktion sind mit Hautkrankheiten verbunden, einschließlich schlechter Barrierefunktion, defekter Wundheilung, Pigmentierungsdefekten und Krebs. Entscheidend für das Verständnis und die Verbesserung dieser Krankheiten sind Experimente in primären Fibroblasten- und Melanozytenkulturen. Dennoch erfordern aktuelle Protokolle zur Melanozytenisolation, dass die epidermalen und dermalen Hautschichten trypsinisiert und manuell getrennt werden. Dieser Prozess ist zeitaufwändig, technisch anspruchsvoll und trägt zu inkonsistenten Erträgen bei. Darüber hinaus sind Methoden zur gleichzeitigen Erzeugung reiner Fibroblastenkulturen aus derselben Gewebeprobe nicht ohne weiteres verfügbar. Hier beschreiben wir ein verbessertes Protokoll zur Isolierung von Melanozyten und Fibroblasten aus der Haut von Mäusen an postnatalen Tagen 0-4. In diesem Protokoll wird die gesamte Haut mit einem Gewebehäcksler mechanisch homogenisiert und dann kurz mit Kollagenase und Trypsin verdaut. Die Zellpopulationen werden dann durch selektive Beschichtung isoliert, gefolgt von der Behandlung durch G418. Dieses Verfahren führt zu konsistenten Melanozyten- und Fibroblastenausbeuten einer einzelnen Maus in weniger als 90 min. Dieses Protokoll ist auch leicht skalierbar, so dass Forscher große Kohorten von Tieren ohne signifikante Erhöhung der Hands-on-Zeit verarbeiten können. Wir zeigen durch zytometrische Fließbewertungen, dass Kulturen, die mit diesem Protokoll hergestellt wurden, stark für Melanozyten oder Fibroblasten angereichert sind.
Säugetierhaut ist ein mehrschichtiges Organ, das den Körper vor fremden Krankheitserregern und ultravioletter Bestrahlung (UVR) schützt. Die Haut spielt auch eine entscheidende Rolle bei panostatischen Prozessen wie Wundheilung, Temperaturregulierung und Vitamin-D-Produktion1,2,3. Säugetierhaut besteht aus drei Hauptzelltypen: Melanozyten, Fibroblasten und Keratinozyten. Diese Zelltypen bevölkern verschiedene Hautschichten, wobei Keratinozyten die Epidermis, Fibroblasten in der Dermis und Melanozyten, die sich an die epidermal-dermalische Kreuzung und Haarfollikel localisieren, und Haarfollikel4. Hier beschreiben wir ein einfaches Verfahren, das die gleichzeitige Erzeugung von primären Melanozyten- und Fibroblastenkulturen aus muriner Haut ermöglicht.
Melanozyten sind pigmentproduzierende Zellen, die an vielen Orten im gesamten menschlichen Körper gefunden werden, einschließlich der Basalepidermis, Iris, Cochlea, Gehirn und Haarfollikel5. Die primäre Funktion von Melanozyten ist es, Melanin-haltige Vesikel zu erzeugen und abzusondern, die Melanosomen genannt werden5,6. Melanosomen enthalten zwei Hauptklassen von Melanin: braun/schwarz Eumelanin und gelb/rot Pheomelanin6,7. Biochemische Prozesse innerhalb der Melanozyten regulieren die relative Fülle jeder Melanin-Art und helfen, Haar, Haut und Augenfarbe zu bestimmen8,9. Melanin dient auch dazu, UVR zu absorbieren und sonnenexponierte gewebe vor Mutagenese10zu schützen.
Melanozytenfunktionsstörungen können pigmentäre Defekte verursachen und die Anfälligkeit für Hautkrebs erhöhen. Zum Beispiel sind die für Melasma charakteristischen hyperpigmentierten Hautflecken das Ergebnis einer fokalen Melanin-Überproduktion, während genetische Mutationen aus keimlinen, die Die an der Melaninsynthese beteiligten Gene gefährden, zu Albinismus führen11,12 . Intime Kenntnisse der Melanozytenbiologie sind erforderlich, um Strategien zu entwickeln, die solche pigmentären Defekte korrigieren und letztlich das psychosoziale Wohlbefinden von Personen verbessern, die von diesen Krankheiten betroffen sind. Defizite in der Melaninproduktion und/oder die bevorzugte Synthese von Phäomelanin sind auch mit einem erhöhten Hautkrebsrisiko10verbunden. Dieses Risiko wird angenommen, dass durch reduzierten UVR-Schutz6,13. So, Methoden zur Verbesserung oder Wiederherstellung der Eumelanin-Produktion in Melanozyten können die Inzidenz von Hautkrebs in diesen Populationen zu reduzieren.
Mesenchymale Fibroblasten etablieren das Bindegewebe und die strukturelle Unterstützung für alle Organe des Körpers, einschließlich der dermalen Schicht der Haut14. Die Ausscheidung von Proteinen wie Kollagen, Elastin, Laminin und Fibronectin ermöglicht Fibroblasten, die extrazelluläre Matrix (ECM) zu bilden, die für die Gewebeintegrität unerlässlich ist1,14. Fibroblasten spielen auch eine wesentliche Rolle in Prozessen wie Wundheilung, Entzündung, Angiogenese und Krebsbildung/Progression1,15,16.
Ähnlich wie bei Melanozyten können Defekte bei der Fibroblastenaktivierung und -funktion Die Tumorgenese und Krankheit fördern. Beispielsweise führt eine unangemessene Fibroblastenaktivierung häufig zur Bildung von Fibrose, die sich aus der verstärkten Ablagerung überschüssiger ECM-Komponenten in das umgebende Gewebe ergibt. Da Fibroblasten einen Großteil der strukturellen Integrität des Körpers erhalten, fördert Fibrose Krankheiten, die zahlreiche Gewebe und Organe betreffen, einschließlich idiopathischer Lungenfibrose, systemischer Sklerose, Leberzirrhose und Herzfibrose15. Fibroblasten spielen auch eine entscheidende Rolle bei Krebs16. Krebsassoziierte Fibroblasten (CAFs) sind die am häufigsten vorkommenden nicht-bösartigen Zellen in der Mikroumgebung vieler Tumoren. CAFs haben gezeigt, dass Tumorproliferation, Progression und therapeutische Resistenz durch modulationende Gewebesteifigkeit, lokale Zytokinproduktion und Immunfunktion16zu fördern.
Primäre Zellkulturen bieten Forschern genetisch bewegliche Modelle, um Melanozyten- und Fibroblastendefekte, die zu Krankheiten führen, zu identifizieren und zu mildern. Die derzeitigen Methoden zur Etablierung von Melanozytenkulturen sind jedoch zeitaufwändig und technisch anspruchsvoll. Die Notwendigkeit einer Trypsinisierung und einer delikaten Trennung von Epidermis und Dermis trägt zur Variabilität der experimentellen Ausbeute bei und erschwert die Durchführung groß angelegter Experimente. Darüber hinaus fehlen derzeit Protokolle zur gleichzeitigen Isolierung von Melanozyten und Fibroblasten aus der gesamten Haut auf dem Feld.
Wir haben eine Methode entwickelt, um die Verarbeitungsschritte, die Variabilität und den Zeitaufwand für die Herstellung von Melanozyten- und Fibroblastenkulturen aus derselben gesamten Hautprobe zu reduzieren. Mit einer mechanischen Homogenisierungsmethode, gefolgt von einer kurzen Verdauung, verringert unsere Strategie die Menge an hands-on-Zeit, die erforderlich ist, um primäre Melanozyten zu isolieren, während gleichzeitige Fibroblastenisolation ermöglicht wird. Die erhöhte Geschwindigkeit, Effizienz und Konsistenz dieses Protokolls in Kombination mit der Fähigkeit, Melanozyten von 0-4 Tage alten Mäusen zu isolieren, bietet Forschern die Flexibilität, eine breitere Palette von Experimenten durchzuführen, als bisher möglich.
Erhalten Sie die Genehmigung Ihrer institutionellen Tierethikkommission, bevor Sie mit dieser oder einer anderen Studie mit Tieren in Sendepolitik verfahren. Die in diesem Protokoll durchgeführten Experimente wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC, Protokoll #2012A00000134) der Ohio State University genehmigt.
1. Protokollvorbereitung
HINWEIS: Die folgenden Reagenzpräparationsanweisungen sind für die Erzeugung von 9 cm2 Melanozyten- und Fibroblastenkulturen aus einer Maus geeignet. Siehe die Reagenzvorbereitungsanleitung in Tabelle 1 für größere Isolationen.
2. Melanozyten- und Fibroblastenisolierung
3. Bestätigung der zellulären Reinheit
Männliche und weibliche C57Bl/6J-Mäuse wurden an den postnatalen Tagen 0-4 eingeschläfert und die truncal Haut wurde einer mechanischen Dissoziation unterzogen, wie oben beschrieben. Nach dem Hacken bildete die Haut eine zähflüssige Gülle ohne Anzeichen von Strukturgewebe. Die Zentrifugierung dieser Gülle führte zur Bildung eines großen Zellpellets am Boden des konischen Rohres und einer Fettschicht, die auf dem Überstand schwebte. Diese Fettschicht wurde mit dem Überstand entsorgt, während das verbleibende Z...
Die In-vitro-Kultur von primären Melanozyten und Fibroblasten hat zu signifikanten Fortschritten in unserem Verständnis von Hautbiologie und Krankheiten geführt. Dieses Protokoll verbessert frühere Melanozyten-Isolationsmethoden, indem es die Zeit und das technische Geschick reduziert, die erforderlich sind, um konsistente Melanozytenkulturen zu erzeugen, während gleichzeitig die Isolierung von Hautfibroblasten ermöglicht wird. Ein neuartiges, zeitsparendes Element dieses Verfahrens ist, dass Dermis und Epidermis n...
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Die Autoren danken der Damon Runyon Foundation (Innovation Award #38-16 an C.E.B.) und Pelotonia (B.M.M.) für die finanzielle Unterstützung. Wir danken C. Haines und C. Wormsbaecher, die Kommentare zur Verbesserung des Manuskripttextes gegeben haben. Diese Arbeit profitierte von der Analytical Cytometry Shared Resource des Ohio State Comprehensive Cancer Center, die von NIH P30 CA016058 unterstützt wird.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2 µm PES sterile syringe filter | VWR | 28145-501 | |
10 cm cell culture dish | Corning | 430167 | |
40 µm cell strainer | Fisher Scientific | 22363547 | |
5 mL polystyrene round-bottom tubes | Fisher Scientific | 352008 | |
6-well cell culture dish | Sigma-Aldrich | SIAL0516 | |
70 µm cell strainer | Fisher Scientific | 22363548 | |
Antibiotic Antimycotic Solution (100x) | Sigma-Aldrich | A5955 | |
Bovine Serum Albumin | Fisher Scientific | BP9706-100 | |
CF 488A Mix-n-Stain Antibody Labeling Kit | Biotium | 92273 | |
CF 555 Mix-n-Stain Antibody Labeling Kit | Biotium | 92274 | |
Cholera Toxin | Sigma-Aldrich | C8052 | |
Collagen from rat tail | Sigma-Aldrich | C7661 | |
Collagenase Type I | Worthington Biochemicals | LS004156 | |
Corning Penicillin/Streptomycin Solution | Fisher Scientific | 30-002-CL | |
Cytokeratin 14 Antibody Alexa Fluor 647 | Novus Biologicals | NBP2-34403AF647 | |
Deoxyribonuclease I | Worthington Biochemicals | LS002058 | |
Di-butyryl cyclic AMP | Sigma-Aldrich | D0627 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | 12800-082 | |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich | D8537 | |
eBioscience Fixable Viability Dye eFluor 780 | Thermo Fisher | 65-0865-14 | |
Ethanol, 200 proof | Fisher Scientific | 22032601 | |
Fetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | 12306C | |
FSP1/S100A4 antibody | Millipore Sigma | 07-2274 | |
G418 Disulfide | P212121 | LGB-418-1 | |
Glacial Acetic Acid | VWR | VWRV0714 | |
Horse Serum | Fisher Scientific | 26050088 | |
HyClone L-Glutamine | Fisher Scientific | SH3003402 | |
McIlwain Tissue Chopper | Ted Pella | 10180 | |
Melanoma gp100 antibody | Abcam | ab137078 | |
Nutrient Mix F-12 Ham's Media | Sigma-Aldrich | N6760 | |
Phorbol 12-Myristate 13-acetate | Sigma-Aldrich | P8139 | |
Pierce 16% Formaldehyde | Thermo Fisher | 28908 | |
Porcine Trypsin | Sigma-Aldrich | 85450C | |
RPMI 1640 media | Sigma-Aldrich | R8758 | |
Saponin | Sigma-Aldrich | S-7900 | |
Tissue Chopper Blade | Ted Pella | 121-6 | |
Tissue Chopper Plastic Disk | Ted Pella | 10180-01 | |
Trypsin | VWR | VWRL0154-0100 |
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