Generazione e la coltura dei Keratinocytes umani primari da pelle adulta

Riepilogo

La pelle umana agisce come una prima linea di difesa contro l'ambiente esterno. Presentiamo un metodo per isolare i keratinocytes umani primari da pelle adulta. Questi keratinocytes isolato sono utili in numerose configurazioni sperimentali e sono un modello altamente adatto per studiare i meccanismi molecolari in biologia cutanea in vitro.

Abstract

La funzione principale dei cheratinociti è per fornire l'integrità strutturale dell'epidermide, mantenendo quindi una barriera meccanica al mondo esterno. Inoltre, cheratinociti svolgono un ruolo essenziale nell'iniziazione, la manutenzione e la regolazione delle risposte immunitarie epidermiche facendo parte del sistema immunitario innato risponde agli stimoli antigenici in modo veloce, non specifico. Qui, descriviamo un protocollo per l'isolamento dei keratinocytes umani primari da pelle adulta e dimostrare che queste cellule rispondono a differenziazione terminale calcio-indotta, come misurato da un'aumentata espressione del involucrin indicatore di differenziazione. Inoltre, ci mostra che i keratinocytes isolati sono reattivi al-1 β-induced attivazione delle vie di segnalazione intracellulare come misurato tramite l'attivazione del pathway MAPK p38. Presi insieme, descriviamo un metodo per l'isolamento e coltura dei keratinocytes umani primari da pelle adulta. Poiché i cheratinociti sono il tipo predominante delle cellule nell'epidermide, questo metodo è utile per studiare i meccanismi molecolari in biologia cutanea in vitro.

Introduzione

La pelle è l'organo più grande del corpo umano e serve come una barriera protettiva contro l'ambiente esterno. La pelle è composta di due strati principali: il derma e l'epidermide, dove l'epidermide costituisce lo strato più esterno della pelle. Il tipo più abbondante di cellule nell'epidermide è i keratinocytes che comprende oltre il 95% delle cellule massa^1,2. I cheratinociti sono tenuti nelle varie fasi di differenziazione nell'epidermide e sono organizzati in livelli basali, spinosi, granulari e cornified che corrispondono a specifiche fasi di differenziazione³. La funzione primaria dei cheratinociti è per fornire l'integrità strutturale dell'epidermide, producendo così una barriera intatta al mondo esterno.

I cheratinociti rappresentano anche la prima linea di difesa contro gli agenti patogeni della pelle e quindi giocano un ruolo importante nella risposta immunitaria innata^4,5. L'esposizione dei keratinocytes agli stimoli esterni conduce all'attivazione di vie di segnalazione intracellulare e, successivamente, produzione di un numero di vari mediatori infiammatori, tra cui citochine, chemochine e peptidi antimicrobici. Queste proteine derivate da cheratinociti partecipano nella risposta infiammatoria di reclutamento e l'attivazione di cellule immunitarie come specifico T cellule^6,7, neutrofili e cellule dendritiche. Così, perché keratinocytes gioca una parte cruciale in numerosi processi biologici, la spiegazione razionale dietro la tecnica presentata qui era per generare un modello in vitro per studiare la biologia della pelle. Primario del keratinocyte colture ottenute da prepuzio neonatale sono spesso utilizzati per studiare biologia pelle^8,9. Tuttavia, con la tecnica qui descritta, cheratinociti da entrambi i sessi sono ottenuti con conseguente una maggiore diversità biologica delle cellule.

Qui, presentiamo un protocollo dettagliato per l'isolamento e la generazione di keratinocytes umani primari da pelle adulta, compresa la manutenzione e il congelamento dei keratinocytes. L'obiettivo generale di questo metodo è quello di generare keratinocytes umani primari che può essere utilizzato come modello per studiare biologia cutanea in vitro.

Protocollo

La raccolta di campioni di pelle da volontari sani adulti sottoposti a chirurgia plastica richiede l'approvazione del comitato etico nelle istituzioni dell'host. Questo protocollo è stato approvato dal regionale Comitato etico della regione Midtjylland, Danimarca (M-20110027). Il metodo qui descritto è derivato dagli studi simili da Maciaq et al. ¹⁰ e Liu e Karasek¹¹.

1. isolamento dei cheratinociti da pelle umana

1. Iniziare facendo le seguenti soluzioni: 50 mL di soluzione di glucosio di tripsina e 0,1% 0,25% in DPBS. Mix e filtro sterilizzare (0,2 µm) la soluzione. Preparare 10 mL di RPMI-1640 + soluzione di 2% FBS, 50 mL di medium senza siero DPBS e cheratinociti (KSFM). Aggiungere 500 mL di KSFM KSFM integratori e 250 µ l di gentamicina. Pre-riscaldare le soluzioni a 37 ° C prima dell'uso.
2. Raccogliere pelle da volontari sani adulti sottoposti a chirurgia plastica. I campioni di pelle utilizzati sono circa 10 cm x 15 cm, ma possono variare in dimensione. Mantenere la pelle fresca sotto trasporto trasportando i campioni di pelle in una scatola di polistirolo contenente un elemento di raffreddamento. Se necessario, il campione di pelle possa essere conservato a 4 ° C durante la notte.
3. Rimuovere il grasso da sotto la sezione di pelle utilizzando pinze, bisturi e forbici sterilizzate.
4. Fibbia la sezione della pelle (circa 10 cm x 15 cm) su un telo sterile sopra una piastra usando gli aghi. In primo luogo, pulire la cute con un tampone di garza sterile asciutta. Quindi pulire la pelle usando un tampone di garza sterile con etanolo al 70%.
5. Utilizzando una pialla di piede, taglio di livello superiore della sezione della pelle (epidermide) e metterlo in una capsula di Petri di 9 cm. Quindi, immediatamente aggiungere 25 mL della soluzione di glucosio/DPBS/tripsina (preparata al punto 1.1) per la capsula di Petri. Incubare per 30 min a 37 ° C.
6. Utilizzando una pipetta rimuovere la soluzione DPBS/tripsina/glucosio da di Petri e aggiungere 10 mL di RPMI-1640 + 2% FBS per inattivare la tripsina.
7. Utilizzando due pinze, ora rilasciare cellule epidermiche nel medium delicatamente raschiando e agitazione sia epidermico e dermico vano delle sezioni della pelle.
8. Filtrare la sospensione cellulare epidermica attraverso un filtro metallico (dimensione del foro di 1 mm) e raccogliere in un tubo da 50 mL. Aggiungere le restanti sezioni di pelle per un tubo da 50 mL contenente 10 mL di RPMI-1640 senza FBS e vortexare per 10 s. filtro filtrare la sospensione attraverso il metallo in una provetta da 50 mL contenente la sospensione delle cellule epidermiche. Aggiungere DPBS per un volume totale di 50 mL.
9. Centrifugare la sospensione cellulare per 10 min a 450 x g e a temperatura ambiente.
10. Rimuovere il supernatante e risospendere il pellet cellulare epidermico in circa 10 mL di 37 ° C KSFM a seconda della dimensione del pellet cellulare. Contare le celle utilizzando il blu di Trypan che macchia il metodo sotto il microscopio. Il numero di cellule ottenute da una sezione di pelle 10 cm x 15 cm è di circa 50-100 x 10⁶ celle. A ciascun matraccio di cultura² 75cm, trasferimento 8 x 10⁶ cellule insieme a 12 mL di 37 ° C KSFM. Agitare delicatamente i matracci di cultura per assicurare una uniforme distribuzione delle cellule.
11. Incubare i cheratinociti in un incubatore a 37 ° C con 100% umidità e 5% CO₂. Modificare il mezzo dopo 2 giorni e tre volte alla settimana. Cellule di passaggio quando la cultura è 70-80% confluenti, che prende circa 2 settimane a seconda del tasso di proliferazione dei keratinocytes.

2. passaggio dei cheratinociti

1. Riscaldare la giusta quantità di soluzione di tripsina-EDTA 0,05% a 37 ° C in un incubatore. Utilizzare 4,5 mL di soluzione di tripsina-EDTA 0,05% per un matraccio di cultura² 75 cm.
2. Rimuovere il mezzo dalle cellule e aggiungere matraccio di cultura di 4,5 mL/75 cm² pre-riscaldati soluzione di tripsina-EDTA 0,05% per le celle. Posizionare il matraccio di cultura nell'incubatore (37 ° C) e dopo circa 5 minuti, controllare al microscopio se le cellule hanno iniziato allentamento.
3. Quando circa il 50% delle cellule hanno allentato, delicatamente colpire il matraccio di cultura contro la mano per allentare le cellule rimanenti. Poi, per inattivare la tripsina, aggiungere 6 mL di RPMI-1640 + 2% FBS (37 ° C) nel matraccio di cultura di 75 cm² e trasferire la sospensione cellulare per provette da 50 mL.
4. Sciacquare i matracci di cultura con 3 mL di RPMI 1640 + 2% FBS e aggiungere le provette da 50 mL. Centrifugare le cellule per 10 min a 450 x g e a temperatura ambiente.
   1. Risospendere le cellule pellettate in 10 mL di KSFM (37 ° C). Contare le celle e trasferire 3 x 10⁶ cellule in un pallone di cultura di² cm 150 con 20 mL di KSFM (37 ° C). Agitare delicatamente il matraccio di cultura per assicurare una uniforme distribuzione delle cellule. Congelare le cellule quando la cultura è 80-90% confluenti, che prende circa 4-6 giorni a seconda del tasso di proliferazione dei keratinocytes (Vedi sezione 3, protocollo sottostante di congelamento). Espandere i cheratinociti per generare gli stock congelati appropriati.

3. congelamento dei cheratinociti

1. Riscaldare la giusta quantità di soluzione di tripsina-EDTA 0,05% a 37 ° C in un incubatore. Utilizzare 9 mL di soluzione di tripsina-EDTA 0,05% per un matraccio di cultura² 150 cm.
2. Rimuovere il mezzo dalle cellule e aggiungere matraccio di cultura di 9 mL/150 cm² pre-riscaldati soluzione di tripsina-EDTA 0,05% per le celle. Posizionare il matraccio di cultura nell'incubatore (37 ° C) e dopo circa 5 minuti, controllare al microscopio se le cellule hanno iniziato allentamento.
3. Quando circa il 50% delle cellule hanno allentato, colpire delicatamente il matraccio di cultura contro la mano al fine di allentare le cellule rimanenti. Quindi, per inattivare la tripsina, aggiungere 12 mL di RPMI-1640 + 2% FBS (37 ° C) nel matraccio di cultura² cm 150 e aspirare la sospensione cellulare per provette da 50 mL.
4. Sciacquare i matracci di cultura con 6 mL di RPMI 1640 + 2% FBS e aggiungere le provette da 50 mL. Centrifugare le provette per 10 min a 450 x g a 4 ° C. Preparare il medium (KSFM + 10% DMSO) di congelamento delle cellule ghiacciata.
5. Risospendere il pellet cellulare in KSFM + 10% DMSO, contare le celle e congelare le cellule ad una densità di 6 x 10⁶ cellule/mL utilizzando metodi standard crioconservazione di congelamento lento¹².
6. Memorizzare i cheratinociti in azoto liquido (fase vapore) fino all'uso.

4. lo scongelamento e coltura di cheratinociti congelati

1. Scongelare rapidamente i flaconcini congelati appropriati in bagnomaria a 37 ° C. Utilizzare etanolo al 70% per pulire l'esterno del cryovial. Trasferire il numero appropriato di cellule (circa 15.000 cellule/cm²) in un pallone di cultura e immediatamente aggiungere mezzo di crescita pre-riscaldato (KSFM) nel matraccio di cultura.
   Qualsiasi dimensione di matracci di cultura può essere utilizzato a seconda della configurazione dell'esperimento.
2. Utilizzare 5 mL terreno di coltura per un matraccio di cultura 25 cm² .

Aggiunto il numero delle cellule, che il matraccio di cultura potrebbe variare perché la crescita delle cellule varia da donatore a donatore. Incubare le cellule in un incubatore a 37 ° C con 100% umidità e 5% CO₂.

Cambia il mezzo dopo 2 giorni e tre volte settimanalmente utilizzando freschi KSFM pre-riscaldato.
Nota: I nostri dati hanno dimostrato che in media il 95% delle cellule isolate tramite il protocollo descritto qui sono positivo per il marcatore del keratinocyte citocheratine-14¹³.

Risultati

Calcio-indotto differenziazione terminale
Cheratinociti umani subiscono differenziazione terminale previo trattamento con calcio^14,15,16. Keratinocytes umani primari è stato isolato e coltivato come descritto nel protocollo di cui sopra. Quando circa 50-60% confluenti, le cellule sono state stimolate con calcio (1,2 mM) o veicolo e immagini delle cellule sono state scattate il giorno 0, 1 e 2.

Discussione

Qui, descriviamo come facilmente isolare keratinocytes umani primari da pelle adulta e come loro coltura in vitro. Questo modello può avere una vasta applicazione per indagini di biologia delle cellule epidermiche e può essere utile per i ricercatori interessati a studiare le malattie cutanee.

Alcuni dei vantaggi del protocollo descritto qui è che, contrariamente ai cheratinociti isolati da prepuzio neonatale ottenuto da neonati maschi sottoposti a circoncisione, keratinocytes uman...

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
KSFM	ThermoFisher Scientific	17005-034	Cell culture medium
KSFM supplements	ThermoFisher Scientific	37000-015	Supplements for KSFM
DPBS	ThermoFisher Scientific	14190-144	DPBS without Calcium and Magnesium
DMSO	Sigma-Aldrich	D8418	Dimethyl sulfoxid
Gentamycin	ThermoFisher Scientific	15710-049	Cell culture medium additive
Sterilization filter	Sartorius	16534	Syringe filter with a pore size of 0.2 µm
Trypsin	Sigma-Aldrich	T7409	Used to trypsinize cells
Glucose	Sigma-Aldrich	G7528	-
RPMI-1640	ThermoFisher Scientific	61870-010	-
FBS	ThermoFisher Scientific	16000044	Used to inactivate trypsin
Forceps	-	-	Forceps from any company can be used
Scissors	-	-	Scissors from any company can be used
Scalpel	Swann Morton	0501	Scalpels from any company can be used
70% ethanol	-	-	-
Gauze pads	NOBAMED	875420	Gauze pads from any provider can be used
Foot planer	Credo Solingen	1510	Foot planer from any provider can be used
Petri dishes	TPP	93100	Petri dishes from any provider can be used
Metal filter	-	-	In-house 1 mm hole size metal filter
75 cm2 culture flasks	NUNC	156499	-
150 cm2 culture flasks	TTP	90151	-
0.05% Trypsin-EDTA solution	ThermoFisher Scientific	25300-062	Used to trypsinize cells when passaging