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Method Article
La culture ex vivo d’organes de cornée porcine et la cicatrisation des plaies épithéliales constituent un moyen économique, éthique, reproductible et quantitatif de tester la toxicité oculaire des produits chimiques. Ils aident également à élucider les mécanismes sous-jacents à la régulation de l’épithélialisation et de la réparation tissulaire, et à évaluer les traitements pour traiter la kératopathie diabétique et le retard de cicatrisation des plaies.
En raison de ses similitudes anatomiques et physiologiques avec l’œil humain, l’œil porcin sert de modèle robuste pour la recherche biomédicale et l’évaluation de la toxicité oculaire. Un système de culture cornéenne air/liquide utilisant des yeux de porc a été mis au point, et la cicatrisation épithéliale ex vivo a été utilisée comme paramètre critique pour ces études. Des cornées de porc fraîches ont été traitées pour la culture d’organes, avec ou sans lésions épithéliales. Les cornées ont été cultivées dans un incubateur humidifié à 5 % de CO2 à 37 °C en MEM, avec ou sans agents de test. La perméabilité de la cornée et les taux de cicatrisation des plaies ont été mesurés, et les cellules épithéliales et/ou les cornées entières peuvent être traitées pour l’immunohistochimie, le western blot et la qPCR pour les analyses moléculaires et cellulaires. Cette étude décrit un protocole détaillé et présente deux études utilisant ce système ex vivo . Les données montrent que la culture d’organes cornéens porcins, combinée à la cicatrisation des plaies épithéliales, est un modèle ex vivo approprié pour les tests de toxicité chimique, l’étude de la kératopathie diabétique et l’identification de thérapies potentielles.
Alors que les modèles cellulaires possèdent des populations clonales limitées et ne parviennent pas à reproduire l’architecture in vivo d’un organisme, la culture ou l’explantation d’organes offre des informations sur la fonction, le développement, les mécanismes de la maladie et les thérapies potentielles tout en offrant des avantages éthiques et physiologiques par rapport à d’autres modèlesexpérimentaux1,2. En plus de réduire le nombre d’animaux nécessaires, la culture d’explants contrôle et manipule judicieusement les conditions environnantes, ce qui est idéal pour une exploration détaillée des facteurs contrôlant la prolifération cellulaire, la migration, la réponse des plaies et la différenciation cellulaire dans un contexte de culture d’organes 2,3. Parmi différents tissus/organes, les explants de cornée, y compris ceux de l’homme 4,5,6, ont été largement utilisés pour la toxicité oculaire, l’évaluation de l’irritation 7,8, pour l’étude des mécanismes moléculaires sous-jacents à la fonction des cellules souches9 et à la cicatrisation des plaies10,11, et pour le glaucome primaire à angle ouvert12.
Les cornées porcines partagent plusieurs similitudes structurelles et physiologiques avec les cornées humaines, ce qui en fait un excellent modèle pour l’étude de la biologie et des maladies de la cornée humaine. Structurellement, les deux ont la couche de Bowman, 5 à 7 couches de cellules épithéliales, et une courbure et un diamètre similaires. Physiologiquement, ils sont très transparents, ont une composition de film lacrymal et une hydratation cornéenne similaires, présentent des motifs et des fonctions comparables d’innervation cornéenne et suivent des processus de cicatrisation similaires, ce qui en fait un excellent modèle pour l’étude de la biologie et des maladies de la cornée humaine13,14. Bien que les cornées humaines et porcines présentent de légères différences dans l’arrangement des fibrilles de collagène et la teneur en eau, leur signalisation immunitaire et leurs réponses ne sont pas identiques. Ces différences posent des défis pour la xénotransplantation15. Par conséquent, les différences spécifiques aux espèces doivent être prises en compte lors de l’interprétation des données expérimentales.
Par rapport aux cornées humaines, les yeux porcins sont facilement disponibles en tant que sous-produits de l’industrie de la viande, ce qui les rend rentables et facilement accessibles pour la recherche14. L’utilisation de cornées porcines permet de réduire le besoin de cornées de donneurs humains et de minimiser les problèmes éthiques associés aux tests sur les animaux. De plus, la disponibilité de nombreuses cornées porcines à la fois permet des expériences cohérentes et reproductibles, ce qui est crucial pour des résultats de recherche fiables.
Un système de culture d’organes cornéens porcins a d’abord été utilisé pour remplacer les tests sur les animaux de produits chimiques cosmétiques et de médicaments oculaires7. Ce système a été utilisé pour étudier la cicatrisation des plaies épithéliales cornéennes et pour identifier plusieurs voies de signalisation importantes telles que l’excrétion d’ectodomaine HB-EGF, la stimulation de l’acide lysophosphatidique médiateur lipidique et l’activation de l’EGFR pour la cicatrisation des plaies cornéennes16,17. En utilisant un taux élevé de glucose comme facteur pathologique, un modèle ex vivo d’hyperglycémie a été établi avec une cicatrisation épithéliale retardée pour imiter la kératopathie diabétique humaine. À l’aide de ce modèle, il a été démontré que les expressions équilibrées de l’IL-1β par rapport à l’IL-1Ra18 et du TGFβ3 par rapport au TGFβ119 étaient des facteurs importants pour une bonne cicatrisation des plaies dans les cornées, et la manipulation de ces équilibres peut être utilisée pour traiter la kératopathie diabétique. Par conséquent, la culture d’organes porcins représente un système d’expérience pertinent, économique et manipulateur avec diverses applications dans les tests de toxicité chimique, la recherche biomédicale, la découverte de médicaments et l’évaluation des lésions tissulaires et de la réparation en réponse à l’exposition oculaire à des armes chimiques.
Dans cet article, un protocole détaillé de la culture d’organes cornéens porcins est décrit, et ses applications pour évaluer les effets potentiels des gouttes oculaires AINS (AINS) sur la santé cornéenne et pour déterminer les voies de signalisation et les processus biologiques impliqués dans la pathogenèse de la kératopathie diabétique sont illustrées.
Étant donné que les cornées de porc fraîches sont un sous-produit de l’industrie alimentaire, le Comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux n’a pas eu besoin d’approuver leur utilisation à des fins de recherche. Contrairement aux cornées humaines utilisées dans la recherche, il n’y a pas de risque biologique et les parties inutilisées des yeux de porc peuvent être jetées avec les ordures ménagères. Les réactifs et l’équipement utilisés pour cette étude sont énumérés dans la table des matériaux.
1. Préparation à la culture d’organes
2. Préparation du globe oculaire porcin pour la culture cornéenne
3. Blessure de l’épithélium
4. Culture d’organes cornéens et modélisation ex vivo de l’hyperglycémie
5. Évaluation de la fonction cornéenne
La chirurgie de la cataracte est l’une des procédures les plus fréquemment pratiquées dans le monde, et les gouttes ophtalmiques jouent un rôle crucial dans les soins post-opératoires. L’application de gouttes ophtalmiques après une chirurgie de la cataracte aide à prévenir les complications telles que les infections oculaires, l’inflammation et l’œdème maculaire. Les gouttes ophtalmiques AINS (NS), y compris le kétorolac, le bromfénac et le népafénac, ont été cou...
Des cornées bovines et principalement porcines en culture ont été utilisées pour évaluer la toxicité des produits chimiques cosmétiques, des médicaments contre le glaucome et des anti-inflammatoires non stéroïdiens21,26. Les cornées de porc ont également été utilisées comme modèle ex vivo de la kératopathie diabétique humaine. Contrairement aux yeux de lapin, l’œil de porc ressemble à l’?...
Aucun.
Nous remercions les Drs Keping Xu (M.D. et O.D.) et Jia Yin (M.D. et Ph.D.) pour leurs contributions au développement de la culture des organes cornéens bovins et porcins, ainsi que Ray Guo et Andy Wu de l’école secondaire Troy pour l’œuvre d’art de la figure 1. Les recherches en laboratoire du Dr Yu ont été financées par des subventions des NIH (R01 EY010869, R01EY035785, P30 EY04068) et par Research to Prevent Blindness au Kresge Eye Institute.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1.7 mL tubes | Axygen | AXYMCT175SP | |
Agarose | Thermo Scientific | R0491 | |
Bromfenac (Prolensa) 0.09% | |||
Camera | Canon | PowerShot A620 | |
Cell Culture Dish | Corning | 430165 | |
D-glucose | Sigma | 50-99-7 | |
Dissecting microscope | Zeiss | Stemi 2000c | |
Forceps | FisherScientific | 10-316A | |
Hemostat | FisherScientific | 13-812-14 | |
Ketorolac (Acular) 0.45% | Kresge Clinic | ||
Kimwipes | Kimtech | 34155 | |
LL-37 | Tocris | 5213/1 | |
Minimum essential medium (MEM) | Gibco | A1048901 | |
Nepafenac (Ilevro) 0.1% | |||
Penicillin-streptomycin | Gibco | 15070063 | |
Phosphate buffered saline | Sigma | P4417 | |
Pig eyes | Bernthal Packing Inc. | ||
Pipet tips | VWR | 76322-164 | |
Porcine corneas | Bernthal Packing , Inc. Frankenmuth, MI | ||
Povidone-Iodine | Betadine | ||
Q-Tips cotton swabs | Q-Tips | ||
Razor blade | Electron Microscopy Sciences | 72002-01 | |
Razor blade holder | Stotz | ||
Scalpel | Bard-Parker | 377112 | |
Scalpel Handle | Bard-Parker | #3 | |
Scissors | FisherScientific | 08-951-20 | |
Silicon mold | |||
Tissue culter enclosure | Labconco | 5100000 | |
Trephine | Acu.Punch | 3813775 | |
Water bath | VWR | 1235 |
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