Este trabajo de investigación recibió apoyo financiero de la Unión Europea (transMed; H2020-MSCA-765441), el consejo de investigación alemán (DFG; PA1751/8-1, 10-1) y el Consejo de Becas de China.

Los protocolos de animales que cumplen con el §4 de la ley alemana de protección animal fueron revisados y aprobados por el comité de protección animal de la Universidad de Tubinga(Einrichtung für Tierschutz, Tierärztlichen Dienst und Labortierkunde; Inscripción No. AK02/19M). En este estudio, las retinas se obtuvieron de ratones de tipo salvaje (WT) y rd1, siendo este último un modelo bien caracterizado para la degeneración hereditaria de la retina15. Los ratones fueron alojados bajo iluminación cíclica blanca estándar, tenían acceso libre a alimentos y agua, y fueron utilizados independientemente del género.
1. Lista de verificación
<ol><li>Para garantizar condiciones estériles y evitar contaminaciones, limpie y desinfecte la campana de flujo de aire laminar con etanol al 70%. Asegúrese de dejar que el etanol se evapore por completo, para prevenir la intoxicación de los cultivos de retina.</li>
	<li>Herramientas de autoclave (por ejemplo, tijeras, fórceps y cuchara de raspado de microscopio oftálmico) antes de su uso.</li>
	<li>Prepare los siguientes medios con anticipación bajo una campana de flujo laminar, en condiciones estériles: Medio basal R16 (BM) (puede almacenarse a 4 °C durante 4 semanas), BM con suero de ternero fetal al 20% (FCS) (uso en el mismo día), BM con solución de proteinasa K al 0,12% (44 mAnson U/mg) (uso en el mismo día) y medio R16 completo con suplementos (CM) según lo descrito por Romijn16 (se puede almacenar a 4 °C durante 3 semanas) (ver Tablas S1, S2 y S3).</li>
	<li>Precaliente la solución de proteinasa K a 37 °C para activarla y utilícese en el paso 2.5.</li>
</ol>2. Preparación
<ol><li>Sacrificio rd1/WTanimal en el día postnatal (P) 5 por decapitación. Para los animales mayores de P11, use CO2 y/o luxación cervical, según las regulaciones locales de protección animal.</li>
	<li>Dependiendo de la edad del animal, antes de la enucleación, si es necesario, abra los párpados con espérceps y separe con mucho cuidado los párpados, sin tocar ni rascar el ojo por debajo.</li>
	<li>Enuclee rápidamente los ojos debajo de un estereoscopio usando fórceps curvos.</li>
	<li>Incubar los ojos en BM durante 5 min a temperatura ambiente (RT).</li>
	<li>Incubar los ojos en BM precalentado, con proteinasa K al 0,12% a 37 °C durante 15 min.</li>
	<li>Realice los siguientes pasos dentro de una campana de flujo de aire laminar para garantizar condiciones estériles. Para inactivar la proteinasa K, transferir los ojos a BM que contiene 20% FCS e incubar durante 5 min en RT.</li>
	<li>Diseccione los ojos bajo un estereoscopio, asépticamente, en una placa de Petri que contenga BM fresco en RT. Inicie la disección tan pronto como sea posible después de la enucleación. Cuanto más largo es este tiempo, más difícil es diseccionar la retina, los ojos se vuelven muy suaves.<ol>
<li>Con las fuerzas, mantenga el ojo del nervio óptico. Usando tijeras finas, haga una pequeña incisión en la córnea creando 2 bordes desde donde la córnea, la coroides y la esclerótica se pueden pelar suavemente usando 2 pares de fórceps finos(Figura 1 pasos A-C). Alternativamente, use una cánula de vía estrecha para hacer una primera incisión en la córnea y luego inserte una de las cuchillas de tijera en la abertura.</li>
		<li>Agarre la lente con pórceps finos. Coloque un segundo par de fórceps perpendicularmente a los primeros para que los primeros fórceps estén entre las 2 cañas del segundo. Tire para extraer la lente de la copa del ojo. Si el cuerpo vítreo y el ciliar todavía están unidos a la retina, retírelos cuidadosamente (Figura 1 paso D). NOTA: Los pasos 2.7.1 y 2.7.2 necesitan práctica y asegúrese de precaución para no dañar la retina.</li>
		<li>Corte la retina perpendicular a sus bordes en cuatro puntos, creando una forma de trébol de cuatro hojas(Figura 1 pasos E-F).</li>
		<li>Usando una pipeta con una base ampliamente cortada de una punta de 1 mL, sostenga la retina en una gota colgante de medio y transfiérala a un inserto de filtro de plato de cultivo colocado en un plato de cultivo de 6 pozos. La capa RPE debe estar frente a la membrana(Figura 1 paso G).</li>
		<li>Con una pipeta, retire cuidadosamente el exceso de medio del inserto.</li>
		<li>Desde los lados del pozo, añadir 1 mL de CM por pozo e incubar en una incubadora estéril a 37 °C con un 5% deCO2. No sumerja la retina en el medio, ya que esto reducirá la oxigenación y causará degeneración del tejido. El explant debe permanecer en la interfaz entre el líquido y el aire, cubierto sólo por una fina película de líquido creado por la tensión superficial del agua.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Deje el explanto retiniano intacto durante las primeras 48 h para facilitar la recuperación después del procedimiento de explantación.</li>
	<li>Cambiar el medio cada dos días (48 h). Deseche 700 μL de medio de cada pozo y agregue 900 μL de CM fresco al pozo. De esta forma, se recupera la cantidad de medio perdido por evaporación y el explante retiniano mantiene algunos de los factores neuroprotectores producidos en las 48 h anteriores.</li>
	<li>Incubar el medio eliminado en un tubo de microcentrífuga separado y cerrado junto con los cultivos para controlar y evaluar la posible contaminación (es decir, el cambio de color del medio). NOTA: Los explantes de retina se pueden mantener en cultivo durante al menos 2 semanas12.</li>
</ol>3. Después de cultivar
NOTA: Los explantes se pueden utilizar para diferentes aplicaciones experimentales (western blot, histología, monturas enteras, análisis genético, electrofisiología). Dependiendo de la aplicación, los explantes organotípicos de la retina pueden congelarse, lisearse o prepararse para la criosección. Los pasos a continuación describen la preparación histológica.
<ol><li>Realizar una fijación de 45 min con paraformacionaldehído al 4% (APA), seguida de crioprotección gradual de sacarosa (10% de sacarosa durante 10 min, 20% durante 20 min y 30% durante 2 h a temperatura ambiente (RT) o durante la noche (ON) a 4 °C). Agregue estos búferes directamente en el pozo.</li>
	<li>Corte la membrana alrededor de los explantes de la retina.</li>
	<li>Incruste tanto la membrana como el tejido retiniano en el medio para el tejido congelado.</li>
</ol><img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61868/61868fig01.jpg"> Figura 1: Procedimiento paso a paso para la preparación de cultivos organotípicos de explantes de retina. (A)Los ojos de ratón se enuclean y se transfieren a una solución de proteinasa K para permitir la separación de la esclerótica y la coroides de la retina y el RPE. Se introduce un pequeño corte en la capa esclerótica/coroides. (B) Dos fórceps se utilizan para pelar la esclerótica / capa coroides. (C) La capa coroides negra se puede ver durante el peeling. El epitelio retiniano oscuro (RPE) de subrayado permanece atado al globo ocular. La esclerótica y la coroides se eliminan junto con el nervio óptico. (D) La lente y el vítreo se extraen con fórceps.  Se extirpa el cuerpo ciliar restante. (E) La retina conserva una forma de cuenco. (F)Para aplanar la retina para cultivar en un plato, se hacen 4 cortes a igual distancia alrededor de la retina con una tijera, dándole una forma similar a un trébol. El cultivo de retina se transfiere a un inserto de cultivo de membrana en una placa de 6 pozos con el uso de una punta de pipeta cortada de 1 mL. La retina todavía conserva parte de la forma del tazón de fuente. Sin embargo, tras la eliminación del exceso de líquido que rodea la retina, se desplegará a una estructura plana. (G)En la configuración de la membrana de cultivo, el cultivo de retina está descansando sobre una membrana de policarbonato poroso (PC) sobre una solución de medio R16 completo. Para garantizar la viabilidad, el cultivo debe mantenerse en una incubadora estéril humidificada a 37 °C con un 5% de CO2,y el medio debe reemplazarse cada 48 h. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61868/61868fig01large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura</a>

Los autores no tienen nada que revelar.

El protocolo presentado describe cultivos de explantes organotípicos de retina de ratón con RPE intacto en medio R16 definido, libre de suero y antibióticos. Este protocolo fue desarrollado originalmente a partir de finales de la década de 19807,28 y desde entonces se ha refinado continuamente6,11,12. Las aplicaciones notables incluyen estudios sobre los mecanismos de la degeneración hereditaria de la retina y la identificación de fármacos retinoprotectores23,29,30.
Para que un experimento tenga éxito, se deben tener en cuenta algunas consideraciones importantes. Estos son algunos puntos importantes de solución de problemas para ayudar a mejorar la calidad de las referencias culturales. En primer lugar, los cultivos retinianos pueden mostrar un plegamiento excesivo y/o formación de rosetas31. Esto puede ser causado por tocar la retina con un pórceps durante el procedimiento de explantación. Por otra parte, el cuerpo ciliar debe ser completamente eliminado del explant, ya que esto puede aumentar el plegamiento de la retina durante el cultivo. En segundo lugar, durante la transferencia de la retina a la placa del pozo en una gota colgante, si la retina se enfrenta a la membrana del lado equivocado hacia abajo, manténgala en la gota que cuelga de la punta de la pipeta y empuje muy suavemente el medio dentro y fuera de la punta (sin separar la gota colgante) para voltear la retina. Finalmente, si el RPE permanece atado a la esclerótica y se separa de la retina, lo más probable es que sea causado por una predigestión insuficiente de la esclerótica. Este problema podría ser especialmente importante cuando se trabaja con ojos de animales mayores o especies no roedoras (por ejemplo, cerdos) y puede resolverse aumentando la concentración de proteína K.
La realización de cultivos de explantes retinianos organotípicos es un procedimiento complejo que requiere entrenamiento y experiencia adecuados. La falta de entrenamiento puede conducir a la variabilidad en la calidad de los explantes de retina. Por estas razones, es importante monitorear y verificar la viabilidad y reproducibilidad, caracterizando, por ejemplo, la tasa de muerte celular con el ensayo TUNEL. El uso de un medio libre de antibióticos hace que los explantes de retina sean vulnerables a la contaminación por bacterias y hongos. Para minimizar este riesgo, recomendamos que se preste especial atención al trabajo en condiciones verdaderamente asépticas. Otra limitación del cultivo in vitro de la retina son las diferencias en el entorno fisioquímico en comparación con la retina in vivo (por ejemplo, el suministro de sangre coroides y retiniana, los niveles de oxígeno y glucosa, la presión intraocular, la composición del vítreo). Un sistema de perfusión continua, tal vez integrado en un biorreactor dedicado32 podría hacer que este modelo se acerque más a la condición in vivo. Además, la axotomía del nervio óptico durante la disección retiniana conducirá a la muerte de las células ganglionares, que puede inducir respuestas deestrés 8. Por lo tanto, es recomendable que el explant se deje adaptarse a las condiciones de cultivo durante al menos 2 días in vitro antes de que se someta a una manipulación o tratamiento específico.
El método descrito se realiza generalmente en tejidos retinianos inmaduros, que pueden sobrevivir bien durante 4 semanas in vitro7,33. Sin embargo, el procedimiento es adaptable a una variedad de aplicaciones, incluyendo el cultivo de la retina adulta. Aunque diferentes enfoques publicados describen el aislamiento de la retina adulta sin su RPE34,35,la incubación con solución de papaína durante un período de hasta 1 h a 37 °C antes de la disección permite que el RPE permanezca unido a la retina incluso cuando se deriva de un ratón adulto36.
El medio libre de suero y el ambiente in vitro químicamente definido proporcionan una manipulación totalmente definida y reproducible de las condiciones experimentales. Por lo tanto, los cultivos organotípicos de explantes de retina son herramientas valiosas en el campo de la oftalmología y la neurociencia, y se han utilizado para el estudio de enfermedades de la retina37,desarrollo de la retina38,39,terapia con células madre de retina40,modificaciones genéticas41y cribado farmacológico. Como ejemplo específico de pruebas de fármacos, aquí se utilizaron cultivos de explantes de retina para probar un análogo de cGMP (CN003), conocido por reducir la muerte celular de los fotorreceptores en modelos animales para la enfermedad hereditariade la retina 23 (Figura 3B). Otra posible aplicación de la técnica se describe en la Figura 3C,que ilustra cómo el control preciso del entorno tisular puede ser explotado para emular las condiciones diabéticas24. Debido a la preservación de la arquitectura del tejido durante todo el período de cultivo, los cultivos de explantes retinianos organotípicos también son adecuados para estudios electrofisiológicos. La funcionalidad neuronal en explantes de retina se han investigado utilizando la grabación de parches de abrazadera42 y la grabación de múltiples electrodos (MEA)33,43. Este último permite el registro de la actividad eléctrica de las poblaciones neuronales al mismo tiempo y ha sido explotado para caracterizar la funcionalidad de las células fotorreceptoras y ganglionares en condiciones de cultivo. En una perspectiva más amplia, los sistemas de cultivo de explantes organotípicos también se pueden aplicar en la investigación preclínica, donde se utilizaron cultivos de explantes para probar la eficacia terapéutica de la hipotermia44.
La técnica de cultivo organotípico de explantes es relativamente simple de realizar y, en comparación con los experimentos in vivo correspondientes, es menos costosa y consume mucho tiempo, y evita las preocupaciones éticas relacionadas con los estudios con animales vivos. El control preciso sobre las condiciones experimentales y la preservación de la RPE y la complejidad tisular hacen del método una herramienta valiosa para mejorar nuestro conocimiento sobre la fisiología de la retina y la fisiopatología y permitir numerosas aplicaciones experimentales.

En la investigación oftálmica, una variedad de modelos están disponibles para estudiar la retina, incluyendo cultivos celulares primarios de la retina, líneas celulares derivadas de la retina, organoides de la retina, y modelos animales in vivo 1,2,3,4,5. Sin embargo, cada uno de estos modelos sufre de inconvenientes. Por ejemplo, las células crecen aisladamente mientras que la retina es una red compleja con una multitud de interacciones célula a célula. Por lo tanto, es probable que el comportamiento de los cultivos celulares aislados sea artificial en comparación con el observado en todo un tejido. Este problema puede remediarse en parte utilizando organoides de retina diferenciados in vitro, que pueden utilizarse para estudiar el desarrollo y la biología básica6. Sin embargo, a partir de hoy, la generación de organoides de retina todavía consume mucho tiempo, requiere mucho trabajo y sufre de problemas de reproducibilidad, lo que requiere un trabajo de desarrollo adicional sustancial antes de que los organoides se puedan usar para la investigación retiniana traslacional. Por último, los estudios en animales vivos, si bien podría decirse que es el modelo que más se acerca a los requisitos de la investigación oftálmica, están asociados con fuertes preocupaciones éticas. Un buen compromiso entre la eficacia de los sistemas de cultivo celular y la situación de la vida real de los modelos animales in vivo son los cultivos de explantes retinianos organotípicos. Tales culturas también reducen el sufrimiento animal puesto que no se realizan intervenciones in vivo.
Se han descrito varios métodos para el cultivo de explantes de retina de diferentes especies5,7,8. Nuestro protocolo describe una técnica para el aislamiento del neuroretina del ratón junto con su epitelio retiniano del pigmento (RPE). Esta técnica también será adecuada para cultivos de retina de rata9. La cultura del neuroretina junto con su RPE es de importancia importante para el éxito. El EPR realiza funciones esenciales para la retina: transporte de nutrientes, iones, agua, absorción de luz y protección contra la fotooxidación, re-isomerización de todo-trans-retinal en 11-cis-retinal, que es crucial para el ciclo visual, fagocitosis de membranas fotorreceptoras desprendimiento, y secreción de factores esenciales para la integridad estructural de la retina10. El mantenimiento del RPE permite un desarrollo exitoso de los segmentos externos e internos del fotorreceptor, manteniendo la retina viable durante más tiempo11. El procedimiento descrito a continuación preserva las características histotípicas y fisiológicas de la retina durante al menos dos semanas12. Además, el cultivo de los explantes retinianos organotípicos en medio sérico y libre de antibióticos evita la presencia de sustancias desconocidas y permite una interpretación directa de los resultados12.
Los cultivos organotípicos de explantes retinianos han sido esenciales para mejorar nuestro conocimiento sobre el desarrollo y la degeneraciónde la retina 7,13,14. Mostramos aquí que son también una herramienta útil para la investigación farmacológica y que pueden ser empleados para modelar una variedad de enfermedades retinianas, incluyendo retinopatía diabética.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Biotin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B4639</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(+/-)-&#945;-LipoicAcid (=Thiotic acid)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T1395</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSA</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B4639</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CDP-Choline-Na</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>30290</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corticosterone</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C2505</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CuSO4 &#215; 5H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C8027</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DL-Tocopherol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T1539</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanolamine</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>E0135</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FCS</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F7524</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filtropur BT100, 1L, 0.2&#181;m</td>
			<td>SARSTEDT</td>
			<td>83.3942.101</td>
			<td>for Basal Medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps&#160;</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>15003-08</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutamine</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G8540</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutathione</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G6013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Insulin&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>I6634</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-CysteineHCl</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C7477</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linoleic Acid</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>L1012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linolenic Acid</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>L2376</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MnCl2 x 4H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M5005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na-pyruvate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P3662</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaSeO3 x 5H2O</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S5261</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ophthalmic microscope scaping spoon</td>
			<td>F.S.T.</td>
			<td>10360-13</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Progesteron</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P8783</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Proteinase K&#160;</td>
			<td>MP Biomedicals</td>
			<td>21935025</td>
			<td>44 mAnson U/mg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R16</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>07491252A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Retinol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>R7632</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Retinyl acetate&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>R7882</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>15004-08</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile filter 0.22&#181;m</td>
			<td>MILLEX GP</td>
			<td>SLGP033RS</td>
			<td>for supplements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T3&#160;</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T6397</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tocopherylacetate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T1157</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transferrin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T1283</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transwell permeable supports</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3412</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vitamin B1</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T1270</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vitamin B12</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>V6629</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vitamin C</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A4034</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

long-term, serum-free cultivation of organotypic mouse retina explants with intact retinal pigment epithelium

En la investigación oftálmica, hay una fuerte necesidad de modelos in vitro de la neuroretina. Aquí, presentamos un protocolo detallado para el cultivo organotípico de laretina neuradel ratón con el epitelio retiniano intacto del pigmento (RPE). Dependiendo de la pregunta de la investigación, las retinas se pueden aislar de animales de tipo salvaje o de modelos de enfermedades, para estudiar, por ejemplo, la retinopatía diabética o la degeneración hereditaria de la retina. Los ojos de los primeros animales del día postnatal 2-9 son enucleados en condiciones asépticas. Se digieren parcialmente en la proteinasa K para permitir una separación de la coroides del RPE. Debajo del estereoscopio, se hace una pequeña incisión en la córnea creando dos bordes desde donde la coroides y la esclerótica se pueden despegar suavemente del RPE y la neuroretina. La lente se retira, y el ocular se corta en cuatro puntos para darle una forma de cuatro cuñas que se asemeja a una hoja de trébol. El tejido finalmente se transfiere en una gota colgante en un inserto de cultivo celular que sostiene una membrana de cultivo de policarbonato. Los cultivos se mantienen entonces en medio R16, sin suero ni antibióticos, en condiciones totalmente definidas, con un cambio de medio cada dos días.
El procedimiento descrito permite el aislamiento de la retina y la preservación de su contexto fisiológico e histotípico normal para períodos de cultivo de al menos 2 semanas. Estas características hacen culturas retinianas organotypic del explant un modelo excelente con el alto valor profético, para los estudios en el desarrollo retiniano, los mecanismos de la enfermedad, y la electrofisiología, mientras que también permiten la investigación farmacológica.

Después de seguir el protocolo, los explantes de retina disecados y cultivados conservan su arquitectura tisular normal, con capas distintas, desde el RPE hasta la capa de células ganglionares (GCL), como se muestra en la Figura 2. El tamaño de la capa nuclear externa (ONL) y de la capa nuclear interna (INL) se mantuvo mayormente estable durante 2-3 semanas, con una pérdida celular de progresión lenta y un adelgazamiento gradual de estas capas cada vez más evidentes si el período de cultivo se prolonga a 4 semanas y más allá. En el GCL, en cambio, debido a el axotomy del nervio óptico, una reducción marcada se observa generalmente dentro de los primeros 4 días de cultivar. Posteriormente, la población celular restante en el GCL (en su mayoría células amacrinas desplazadas) seguirá siendo viable durante otras 3-4 semanas17,18,19.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61868/61868fig02.jpg"> Figura 2 :Tipos de células que se encuentran en el cultivo de explantes de retina. Cultivo de explantes de retina en P11 derivado de animales rd1 mutantes(A)y WT(B)que muestran tinción nuclear con DAPI (izquierda, azul), fotorreceptores de varilla (centro, rojo) y células de Müller (derecha, verde). La coloración nuclear destaca todas las capas celulares principales de la retina tales como, epitelio retiniano del pigmento (RPE), capa nuclear externa (ONL), capa nuclear interna (INL), y capa de la célula del ganglio (GCL). Los tipos específicos de células en las capas nucleares, como las varillas y las células de Müller, se inmunomarcan con alfa arrestina26 y glutamina sintetasa27 anticuerpos, respectivamente. (C)Muestra una sección de longitud completa de toda una retina de ratón   rd1, con tinción DAPI destacando la consistencia, integración y desarrollo de la retina. Estas retinas fueron cultivadas por 6 días. Descripción del procedimiento: La retina y el RPE derivados de animales rd1 o WT fueron aislados en P5 y cultivados según lo descrito en el protocolo, hasta P11 con un cambio medio cada 48 h. Las culturas fueron fijadas con el 4% PFA en P11 y cryosectioned. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61868/61868fig02large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura</a>
El medio libre de suero y el ambiente in vitro sostenido permiten tener un control total sobre las condiciones experimentales. Aquí, proporcionamos dos ejemplos para aplicaciones específicas de este protocolo. El primer ejemplo ilustra la posibilidad de utilizar explantes de retina para pruebas de drogas o con fines de detección. Las culturas retinianas organotípicas del explant fueron preparadas del salvaje-tipo (PESO) y de los modelos del ratón rd1. Este último es un modelo bien caracterizado para la degeneraciónretiniana 15. En la retina del ratón rd1, la degeneración de ONL es provocada por niveles anormalmente altos de cGMP en los fotorreceptores de varilla6,20. El exceso de cGMP causa una mayor actividad de los canales iónicos bloqueados por nucleótidos cíclicos (CNGCs) y la proteína quinasa dependiente de cGMP (PKG), lo que lleva a la muerte celular21. El tratamiento de las retinas de ratón rd1 con un análogo estructural a cGMP (nucleótido cíclico #3; CN003), que se dirige tanto a PKG como a CNGC, se probó. Después de la explantación en P5, se siguió el paradigma de tratamiento descrito en la Figura 3A. Los cultivos de explantes se fijaron con PFA al 4% en P11 y se prepararon para la criosección(Figura 3A). Para determinar la muerte celular de secciones histológicas de especímenes tratados, no tratados (NT), y del PESO, un análisis terminal22 del extremo de la mella del dUTP de la transferasa del deoxynucleotidyl (TUNEL) fue realizado. El análisis de las células etiquetadas con TUNEL mostró un alto porcentaje de células moribundas en la ONL de las muestras rd1 no tratadas, mientras que cn003 protegió los fotorreceptores de ratón rd1 cuando se aplicaron a una concentración de 50 μM23 (Figura 3B).
Una complicación frecuente de la diabetes es la retinopatía diabética, una enfermedad cegadora difícil de reproducir fielmente en modelos animales5. El segundo ejemplo destaca el uso de cultivos organotípicos de explantes retinianos para caracterizar la viabilidad de las células de la retina en condiciones que emulan la diabetes mellitus tipo 2 (DM2)24. Aquí, utilizamos 20 milímetros del inhibidor de la glucólisis 2-deoxy-glucose (2-DG)25 y lo administramos al medio de cultivo para 24 h de P10 a P11. Mostramos que someter los explantes de retina WT a tales condiciones diabéticas simuladas in vitro conduce a una extensa muerte celular neuronal de la retina(Figura 3C). Este paradigma a su vez puede ser utilizado, por ejemplo, para estudiar mecanismos degenerativos o para probar tratamientos retinoprotectores en un contexto de diabetes.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61868/61868fig03.jpg"> Figura 3:Dos ejemplos para aplicaciones de cultivos organotípicos de explantes de retina. (A)Descripción del procedimiento: Retina y RPE derivados de animales rd1 o WT se aislaron en el día postnatal (P) 5 y se cultivaron como se describió anteriormente, con un cambio de medio cada 48 h. En P7 y P9, el medio gastado fue desechado y el cm fresco que contenía el compuesto activo en una concentración de 50 μM fue añadido a la placa. Las culturas fueron fijadas con el 4% PFA en P11 y cryosectioned. (B)Pruebas compuestas en retina rd1. Las secciones fueron obtenidas del PESO, de las culturas retinianas organotípicas no tratadas (003), y no-tratadas (NT) del explant. El análisis de TUNEL (rojo) fue utilizado como marcador para la muerte celular. Tinción nuclear con DAPI (azul). La cuantificación mostrada en el gráfico de barras ilustra los porcentajes de células moribundas en wt, rd1 NT, y rd1 003 condición. El tratamiento con el compuesto 003 redujo perceptiblemente muerte celular del fotorreceptor rd1. (C)Simulación de diabetes mellitus tipo 2 (DM2) en retina WT utilizando el tratamiento con 2-desoxi-glucosa (2-DG). El análisis de TUNEL fue realizado en especímenes del NT y de T2DM. La cuantificación indica un aumento altamente significativo en la muerte celular. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61868/61868fig03large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura</a>
Tabla S1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61868/Table%20S1%20-%20Basal%20Medium.doc" target="_blank">Haga clic aquí para descargar la tabla</a>  
Tabla S2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61868/Table%20S2%20-%20Supplements.doc" target="_blank">Haga clic aquí para descargar la tabla</a>  
Tabla S3. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61868/Table%20S3%20-%20Complete%20Medium.doc" target="_blank">Haga clic aquí para descargar la tabla</a>

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Long-Term, Serum-Free Cultivation of Organotypic Mouse Retina Explants with Intact Retinal Pigment Epithelium

El protocolo describe explantes organotípicos de ratón neuroretina,cultivados junto con su epitelio pigmentario retiniano (EPR), en medio definido R16, libre de suero y antibióticos. Este método es relativamente simple de realizar, menos costoso y lento en comparación con los experimentos in vivo, y se puede adaptar a numerosas aplicaciones experimentales.

A largo plazo, Cultivo Sin Suero De Explantes Organotípicos De La Retina De Ratón Con Epitelio Pigmento Retiniano Intacto

In ophthalmic research, there is a strong need for in vitro models of the neuroretina. Here, we present a detailed protocol for organotypic culturing of ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

8.4K vistas.  University of Tübingen. El protocolo describe explantes organotípicos de ratón neuroretina,cultivados junto con su epitelio pigmentario retiniano (EPR), en medio definido R16, libre de suero y antibióticos. Este método es relativamente simple de realizar, menos costoso y lento en comparación con los experimentos in vivo, y se puede adaptar a numerosas aplicaciones experimentales.

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Experimental Models for Study of Retinal Pigment Epithelial Physiology and Pathophysiology

We have developed a cell culture procedure that can produce large quantities of confluent monolayers of primary human fetal retinal pigment epithelium (hfRPE) cultures with morphological, physiological and genetic characteristics of native human RPE. These hfRPE cell cultures exhibit heavy pigmentation, and electron microscopy show extensive apical membrane microvilli. The junctional complexes were identified with immunofluorescence labeling of various tight junction proteins. Epithelial polarity and function of these easily reproducible primary cultures closely resemble previously studied mammalian models of native RPE, including human. These results were extended by the development of therapeutic interventions in several animal models of human eye disease. We have focused on strategies for the removal of abnormal fluid accumulation in the retina or subretinal space. The extracellular subretinal space separates the photoreceptor outer segments and the apical membrane of the RPE and is critical for maintenance of retinal attachments and a whole host of RPE/retina interactions.

We provide a reproducible method for culturing confluent monolayers of human fetal retinal pigment epithelial cells (hfRPE) cells that exhibit morphology, physiology, polarity, and protein and gene expression patterns of adult native tissue. This work has been extended to an animal model of several eye diseases.

Modelos experimentales para el estudio de la fisiología epiteliales del pigmento retiniano y fisiopatología

We have developed a cell culture procedure that can produce large quantities of confluent monolayers of primary human fetal retinal pigment epithelium ...

Investigación

Neurociencias

Dissection of a Mouse Eye for a Whole Mount of the Retinal Pigment Epithelium

The retinal pigment epithelium (RPE) lies at the back of the mammalian eye, just under the neural retina, which contains the photoreceptors (rods and cones). The RPE is a monolayer of pigmented cuboidal cells and associates closely with the neural retina just above it. This association makes the RPE of great interest to researchers studying retinal diseases. The RPE is also the site of an in vivo assay of homology-directed DNA repair, the pun assay. The mouse eye is particularly difficult to dissect due to its small size (about 3.5mm in diameter) and its spherical shape. This article demonstrates in detail a procedure for dissection of the eye resulting in a whole mount of the RPE. In this procedure, we show how to work with, rather than against, the spherical structure of the eye. Briefly, the connective tissue, muscle, and optic nerve are removed from the back of the eye. Then, the cornea and lens are removed. Next, strategic cuts are made that result in significant flattening of the remaining tissue. Finally, the neural retina is gently lifted off, revealing an intact RPE, which is still attached to the underlying choroid and sclera. This whole mount can be used to perform the pun assay or for immunohistochemistry or immunofluorescent assessment of the RPE tissue.

A formal demonstration of the dissection of a mouse eye, resulting in a whole mount of the retinal pigment epithelium.

Disección de un ojo del ratón de un monte entero del epitelio pigmentario de la retina

The retinal pigment epithelium (RPE) lies at the back of the mammalian eye, just under the neural retina, which contains the photoreceptors (rods and ...

Organotypic Culture of Full-thickness Adult Porcine Retina

There is a recognized demand for in vitro models that can replace or reduce animal experiments. Porcine retina has a similar neuronal structure to human retina and is therefore a valuable species for studying mechanisms of human retinal injury and degenerative disease. Here we describe a cost-effective technique for organotypic culture of adult porcine retina isolated from eyes obtained from an abattoir. After removing the anterior segment, a trephine blade was used to create multiple neural retina-Bruch's membrane-RPE-choroid-sclera explants from the posterior segment of adult porcine eyes. A piece of sterile filter paper was used to lift the neural retina off from each explant. The filter paper-retina complex was cultured (photoreceptor side up) atop an insert, which was held away from the bottom of the culture dish by a custom-made stand. The stand allows for good circulation of the culture medium to both sides of the retina. Overall, this procedure is simple, reproducible, and permits preservation of native retinal structure for at least seven days, making it a useful model for a variety of morphological, pharmacological, and biochemical studies on mammalian retina.

Here we describe a cost-effective technique for organotypic culture of adult porcine retina for seven days. Briefly, a sterile filter paper was used to lift the neural retina off from the RPE and place photoreceptor side up on an insert raised by a custom-made stand.

Cultura organotípicos de espesor completo Retina adulto porcino

There is a recognized demand for in vitro models that can replace or reduce animal experiments. Porcine retina has a similar neuronal structure to human ...

Electrophysiological Characterization of GFP-Expressing Cell Populations in the Intact Retina

Studying the physiological properties and synaptic connections of specific neurons in the intact tissue is a challenge for those cells that lack conspicuous morphological features or show a low population density. This applies particularly to retinal amacrine cells, an exceptionally multiform class of interneurons that comprise roughly 30 subtypes in mammals1. Though being a crucial part of the visual processing by shaping the retinal output2, most of these subtypes have not been studied up to now in a functional context because encountering these cells with a recording electrode is a rare event.
Recently, a multitude of transgenic mouse lines is available that express fluorescent markers like green fluorescent protein (GFP) under the control of promoters for membrane receptors or enzymes that are specific to only a subset of neurons in a given tissue3,4. These pre-labeled cells are therefore accessible to directed microelectrode targeting under microscopic control, permitting the systematic study of their physiological properties in situ. However, excitation of fluorescent markers is accompanied by the risk of phototoxicity for the living tissue. In the retina, this approach is additionally hampered by the problem that excitation light causes appropriate stimulation of the photoreceptors, thus inflicting photopigment bleaching and transferring the retinal circuits into a light-adapted condition. These drawbacks are overcome by using infrared excitation delivered by a mode-locked laser in short pulses of the femtosecond range. Two-photon excitation provides energy sufficient for fluorophore excitation and at the same time restricts the excitation to a small tissue volume minimizing the hazards of photodamage5. Also, it leaves the retina responsive to visual stimuli since infrared light (&gt;850 nm) is only poorly absorbed by photopigments6.
In this article we demonstrate the use of a transgenic mouse retina to attain electrophysiological in situ recordings from GFP-expressing cells that are visually targeted by two-photon excitation. The retina is prepared and maintained in darkness and can be subjected to optical stimuli which are projected through the condenser of the microscope (Figure 1). Patch-clamp recording of light responses can be combined with dye filling to reveal the morphology and to check for gap junction-mediated dye coupling to neighboring cells, so that the target cell can by studied on different experimental levels.

This article depicts the recording of individual cells from fluorescently tagged neuronal populations in the intact mouse retina. By using two-photon infrared excitation transgenetically labeled cells were targeted for patch-clamp recording to study their light responses, receptive field properties, and morphology.

Caracterización electrofisiológica de las buenas prácticas agrarias que expresan las poblaciones de células en la retina intacta

Studying the physiological properties and synaptic connections of specific neurons in the intact tissue is a challenge for those cells that lack ...

A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse Brain

In vivo imaging of cortical function requires optical access to the brain without disruption of the intracranial environment. We present a method to form a polished and reinforced thinned skull (PoRTS) window in the mouse skull that spans several millimeters in diameter and is stable for months. The skull is thinned to 10 to 15 &mu;m in thickness with a hand held drill to achieve optical clarity, and is then overlaid with cyanoacrylate glue and a cover glass to: 1) provide rigidity, 2) inhibit bone regrowth and 3) reduce light scattering from irregularities on the bone surface. Since the skull is not breached, any inflammation that could affect the process being studied is greatly reduced. Imaging depths of up to 250 &mu;m below the cortical surface can be achieved using two-photon laser scanning microscopy. This window is well suited to study cerebral blood flow and cellular function in both anesthetized and awake preparations. It further offers the opportunity to manipulate cell activity using optogenetics or to disrupt blood flow in targeted vessels by irradiation of circulating photosensitizers.

We present a method to form an imaging window in the mouse skull that spans millimeters and is stable for months without inflammation of the brain. This method is well suited for longitudinal studies of blood flow, cellular dynamics, and cell/vascular structure using two-photon microscopy.

Un pulido y reforzado Diluido cráneo-Ventana para a largo plazo de imágenes del cerebro de ratón

In vivo imaging of cortical function requires optical access to the brain without disruption of the intracranial environment. We present a method to form ...

An Isolated Semi-intact Preparation of the Mouse Vestibular Sensory Epithelium for Electrophysiology and High-resolution Two-photon Microscopy

Understanding vestibular hair cells function under normal conditions, or how trauma, disease, and aging disrupt this function is a vital step in the development of preventative approaches and/or novel therapeutic strategies. However, the majority of studies looking at abnormal vestibular function have not been at the cellular level but focused primarily on behavioral assays of vestibular dysfunction such as gait analyses and vestibulo-ocular reflex performance. While this work has yielded valuable data about what happens when things go wrong, little information is gleaned regarding the underlying causes of dysfunction. Of the studies that focus on the cellular and subcellular processes that underlie vestibular function, most have relied on acutely isolated hair cells, devoid of their synaptic connections and supporting cell environment. Therefore, a major technical challenge has been access to the exquisitely sensitive vestibular hair cells in a preparation that is least disrupted, physiologically. Here we demonstrate a semi-intact preparation of the mouse vestibular sensory epithelium that retains the local micro-environment including hair cell/primary afferent complexes.

Analysis of vestibular hair cell function is complicated by their location deep within the hardest part of the skull, the petrous temporal bone. Most functional hair cell studies have used acutely isolated hair cells. Here we describe a semi-intact preparation of mouse vestibular epithelium for electrophysiological and two-photon microscopy studies.

Una preparación semi-intacta aislada del ratón epitelio sensorial vestibular de Electrofisiología y de alta resolución de la microscopía de dos fotones

Understanding vestibular hair cells function  under normal conditions, or how trauma, disease, and aging disrupt this  function is a vital step in the ...

Long-term Time Lapse Imaging of Mouse Cochlear Explants

Here we present a method for long-term time-lapse imaging of live embryonic mouse cochlear explants. The developmental program responsible for building the highly ordered, complex structure of the mammalian cochlea proceeds for around ten days. In order to study changes in gene expression over this period and their response to pharmaceutical or genetic manipulation, long-term imaging is necessary. Previously, live imaging has typically been limited by the viability of explanted tissue in a humidified chamber atop a standard microscope. Difficulty in maintaining optimal conditions for culture growth with regard to humidity and temperature has placed limits on the length of imaging experiments. A microscope integrated into a modified tissue culture incubator provides an excellent environment for long term-live imaging. In this method we demonstrate how to establish embryonic mouse cochlear explants and how to use an incubator microscope to conduct time lapse imaging using both bright field and fluorescent microscopy to examine the behavior of a typical embryonic day (E) 13 cochlear explant and Sox2, a marker of the prosensory cells of the cochlea, over 5 days.

Live imaging of the embryonic mammalian cochlea is challenging because the developmental processes at hand operate on a temporal gradient over ten days. Here we present a method for culturing and then imaging embryonic cochlear explant tissue taken from a fluorescent reporter mouse over five days.

A largo plazo Lapso de tiempo de imágenes de Ratón cocleares explantes

Here we present a method for long-term time-lapse imaging of live embryonic mouse cochlear explants. The developmental program responsible for building ...

Agarose Microchambers for Long-term Calcium Imaging of Caenorhabditis elegans

Behavior is controlled by the nervous system. Calcium imaging is a straightforward method in the transparent nematode Caenorhabditis elegans to measure the activity of neurons during various behaviors. To correlate neural activity with behavior, the animal should not be immobilized but should be able to move. Many behavioral changes occur during long time scales and require recording over many hours of behavior. This also makes it necessary to culture the worms in the presence of food. How can worms be cultured and their neural activity imaged over long time scales? Agarose Microchamber Imaging (AMI) was previously developed to culture and observe small larvae and has now been adapted to study all life stages from early L1 until the adult stage of C. elegans. AMI can be performed on various life stages of C. elegans. Long-term calcium imaging is achieved without immobilizing the animals by using short externally triggered exposures combined with an electron multiplying charge-coupled device (EMCCD) camera recording. Zooming out or scanning can scale up this method to image up to 40 worms in parallel. Thus, a method is described to image behavior and neural activity over long time scales in all life stages of C. elegans.

Agarose Microchambers for Long-term Calcium Imaging of Caenorhabditis elegans

Imaging behavior and neural activity over long time scales without immobilization of the animal is a prerequisite to understand behavior. Agarose microfluidic chambers imaging (AMI) can be used to image neural activity and behavior for all life stages of Caenorhabditis elegans.

Microcámaras de agarosa para Imagen de calcio a largo plazo de<em&gt; Caenorhabditis elegans</em

Behavior is controlled by the nervous system. Calcium imaging is a straightforward method in the transparent nematode Caenorhabditis elegans to measure ...

Limbal Approach-Subretinal Injection of Viral Vectors for Gene Therapy in Mice Retinal Pigment Epithelium

The eye is a small and enclosed organ which makes it an ideal target for gene therapy. Recently various strategies have been applied to gene therapy in retinopathies using non-viral and viral gene delivery to the retina and retinal pigment epithelium (RPE). Subretinal injection is the best approach to deliver viral vectors directly to RPE cells. Before the clinical trial of a gene therapy, it is inevitable to validate the efficacy of the therapy in animal models of various retinopathies. Thus, subretinal injection in mice becomes a fundamental technique for an ocular gene therapy. In this protocol, we provide the easy and replicable technique for subretinal injection of viral vectors to experimental mice. This technique is modified from the intravitreal injection, which is widely used technique in ophthalmology clinics. The representative results of RPE/choroid/scleral complex flat-mount will help to understand the efficacy of this technique and adjust the volume and titer of viral vectors for the extent of gene transduction.

Subretinal injection is a surgical technique for effective gene delivery to retinal pigment epithelium in the mouse eye. Here we describe an easy and replicable method for subretinal injection of viral vectors to retinal pigment epithelium in experimental mice.

Limbal Inyección-Enfoque Subretinal de vectores virales para terapia génica en ratones epitelio pigmentario de la retina

The eye is a small and enclosed organ which makes it an ideal target for gene therapy. Recently various strategies have been applied to gene therapy in ...

Generation and Long-term Maintenance of Nerve-free Hydra

The interstitial cell lineage of Hydra includes multipotent stem cells, and their derivatives: gland cells, nematocytes, germ cells, and nerve cells. The interstitial cells can be eliminated through two consecutive treatments with colchicine, a plant-derived toxin that kills dividing cells, thus erasing the potential for renewal of the differentiated cells that are derived from the interstitial stem cells. This allows for the generation of Hydra that lack nerve cells. A nerve-free polyp cannot open its mouth to feed, egest, or regulate osmotic pressure. Such animals, however, can survive and be cultured indefinitely in the laboratory if regularly force-fed and burped. The lack of nerve cells allows for studies of the role of the nervous system in regulating animal behavior and regeneration. Previously published protocols for nerve-free Hydra maintenance involve outdated techniques such as mouth-pipetting with hand-pulled micropipette tips to feed and clean the Hydra. Here, an improved protocol for maintenance of nerve-free Hydra is introduced. Fine-tipped forceps are used to force open the mouth and insert freshly killed Artemia. Following force-feeding, the body cavity of the animal is flushed with fresh medium using a syringe and hypodermic needle to remove undigested material, referred to here as "burping". This new method of force-feeding and burping nerve-free Hydra through the use of forceps and syringes eliminates the need for mouth-pipetting using hand-pulled micropipette tips. It thus makes the process safer and significantly more time efficient. To ensure that the nerve cells in the hypostome have been eliminated, immunohistochemistry using anti-tyrosine-tubulin is conducted.

Generation and Long-term Maintenance of Nerve-free Hydra

Through a double treatment with colchicine, a plant-derived toxin that kills dividing cells, nerve-free Hydra vulgaris can be generated. These Hydra cannot feed or egest on their own. This paper describes an improved method for long-term maintenance of nerve free Hydra vulgaris in the laboratory.

Generación y Mantenimiento a Largo Plazo de Nervios<em&gt; Hydra</em

The interstitial cell lineage of Hydra includes multipotent stem cells, and their derivatives: gland cells, nematocytes, germ cells, and nerve cells. The ...