JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Biology

Zebrafish Corneal Wound Healing: van abrasie tot wond closure imaging analyse

Published: March 1st, 2022

DOI:

10.3791/63605

1Institute of Biotechnology, HiLIFE, University of Helsinki, 2Institute for Neurosciences of Montpellier, Univ Montpellier

Dit protocol richt zich op het beschadigen van het oculaire oppervlak van zebravissen door middel van slijtage om de daaropvolgende wondsluiting op cellulair niveau te beoordelen. Deze benadering maakt gebruik van een oculaire braam om het hoornvliesepitheel gedeeltelijk te verwijderen en maakt gebruik van scanning elektronenmicroscopie om veranderingen in de celmorfologie tijdens wondsluiting te volgen.

Als het transparante oppervlak van het oog is het hoornvlies instrumenteel voor helder zicht. Vanwege de locatie is dit weefsel gevoelig voor omgevingsbeledigingen. Inderdaad, de oogletsels die het vaakst klinisch worden aangetroffen, zijn die aan het hoornvlies. Hoewel hoornvlieswondgenezing uitgebreid is bestudeerd bij kleine zoogdieren (d.w.z. muizen, ratten en konijnen), hebben hoornvliesfysiologiestudies andere soorten verwaarloosd, waaronder zebravissen, ondanks dat zebravissen een klassiek onderzoeksmodel zijn.

Dit rapport beschrijft een methode voor het uitvoeren van een hoornvliesslijtage op zebravissen. De wond wordt in vivo uitgevoerd op verdoofde vissen met behulp van een oculaire braam. Deze methode zorgt voor een reproduceerbare epitheliale wond, waardoor de rest van het oog intact blijft. Na slijtage wordt de wondsluiting in de loop van 3 uur gecontroleerd, waarna de wond opnieuw wordt gepipitheliseerd. Door gebruik te maken van scanning elektronenmicroscopie, gevolgd door beeldverwerking, kunnen de epitheelcelvorm en apicale uitsteeksels worden onderzocht om de verschillende stappen tijdens het sluiten van hoornvliesepitheelwonden te bestuderen.

De kenmerken van het zebravismodel maken het mogelijk om de epitheelweefselfysiologie en het collectieve gedrag van de epitheelcellen te bestuderen wanneer het weefsel wordt uitgedaagd. Bovendien kan het gebruik van een model dat verstoken is van de invloed van de traanfilm nieuwe antwoorden opleveren met betrekking tot de reactie van het hoornvlies op stress. Ten slotte maakt dit model ook de afbakening mogelijk van de cellulaire en moleculaire gebeurtenissen die betrokken zijn bij epitheelweefsel dat wordt blootgesteld aan een fysieke wond. Deze methode kan worden toegepast op de evaluatie van de effectiviteit van geneesmiddelen in preklinische tests.

Omdat de meeste epithelia in contact staan met de externe omgeving, zijn ze gevoelig voor lichamelijk letsel, waardoor ze zeer geschikt zijn voor de studie van wondgenezingsprocessen. Onder de goed bestudeerde weefsels is het hoornvlies een uiterst nuttig model bij het onderzoek naar de cellulaire en moleculaire aspecten van wondgenezing. Als transparant extern oppervlak biedt het fysieke bescherming aan het oog en is het het eerste element dat het licht op het netvlies richt. Hoewel de structuur en celsamenstelling van het netvlies verschillen tussen soort1, zijn deze elementen van het hoornvlies over het algemeen vergelijkbaar in alle camera-....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Alle experimenten zijn goedgekeurd door de landelijke proefdiercommissie.

1. Voorbereidingen

  1. Bereid de tricaine stock-oplossing die wordt gebruikt voor anesthesie26 van tevoren (0,4% stockoplossing die in dit protocol wordt gebruikt). Gebruik handschoenen en bewaar de materialen waar mogelijk in een zuurkast.
    1. Weeg voor 50 ml van een 0,4% oplossing 200 mg tricaïnepoeder in een buis van 50 ml. Los het poeder op in ongeveer 45 ml dubbel .......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Deze studie beschrijft een methode met behulp van een oogheelkundige braam in zebravis corneale wondgenezingsexperimenten. De methode is aangepast van eerdere studies bij muizen, waarbij werd aangetoond dat de braam de epitheelcellagen efficiënt verwijdert13. De uitdagingen bij het verwonden van het hoornvlies van zebravissen omvatten de relatief kleine omvang van het oog en in het geval van tijdrovende experimenten de noodzaak om een constante waterstroom door de kieuwen te behouden (zoals besch.......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Cornea lichamelijk letsel is de meest voorkomende oorzaak van oogheelkundige patiëntbezoeken aan het ziekenhuis. Daarom is het belangrijk om relevante modellen vast te stellen voor de studie van verschillende aspecten van cornea-pathofysiologie. Tot nu toe is de muis het meest gebruikte model voor de studie van hoornvlieswondgenezing. Het toevoegen van oogdruppels op muriene gewonde ogen om de impact van specifieke geneesmiddelen op de genezing van hoornvlieswonden te valideren, kan echter moeilijk zijn. In dit opzicht .......

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De auteurs bedanken Pertti Panula voor de toegang tot de Zebraviseenheid en Henri Koivula voor de begeleiding en hulp bij de zebravisexperimenten. Dit onderzoek werd ondersteund door de Academie van Finland, de Jane and Aatos Erkko Foundation, de Finnish Cultural Foundation en het ATIP-Avenir Program. Beeldvorming werd uitgevoerd op de elektronenmicroscopie-eenheid en de lichtmicroscopie-eenheid, Instituut voor Biotechnologie, ondersteund door HiLIFE en Biocenter Finland.

....

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

NameCompanyCatalog NumberComments
0.1M Na-PO4 (sodium phosphate buffer), pH 7.4in-houseSolution is prepared from 1M sodium phosphate buffer (1M Na2HPO4 adjusted to pH 7.4 with 1M NaH2PO4).
0.2M Na-PO4 (sodium phosphate buffer), pH 7.4in-houseSolution is prepared from 1M sodium phosphate buffer (1M Na2HPO4 adjusted to pH 7.4 with 1M NaH2PO4).
0.5mm burr tipsAlger Equipment CompanyBU-5S
1M Tris, pH 8.8in-house
adhesive tabsAgar ScientificG3347N
Algerbrush burr, Complete instrumentAlger Equipment CompanyBR2-5
Cotton swapsHeinz Herenz Hamburg1030128
Dissecting platein-house
Dissecting toolsFine Science Tools
double-distilled waterin-house
Eppedorf tubes, 2mlany provider
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate saltSigmaA5040Caution: causes irritation.
Glutaraldehyde, 50% aqueous solution, grade ISigmaG7651Caution: toxic.
Lidocaine hydrochlorideSigmaL5647Caution: toxic.
mountsAgar ScientificG301P
Petri dishThermo Scientific101VR20
pH indicator stripsMacherey-Nagel92110
Plastic spoonsany provider
Plastic tubes, 15 mlGreiner Bio-One188271
Plastic tubes, 50 mlGreiner Bio-One227261
Scanning electron microscopeFEIQuanta 250 FEG
Soft spongeany provider
Sputter coaterQuorum TechnologiesGQ150TS
StereomicroscopeLeica

  1. Baden, T., Euler, T., Berens, P. Understanding the retinal basis of vision across species. Nature Reviews.Neuroscience. 21 (1), 5-20 (2020).
  2. Nishida, T., Saika, S., Morishige, N., Manis, M. J., Holland, E. J. Cornea and sclera: Anatomy and physiology. Cornea: Fundamentals, diagnosis and management, 4th ed. , 1-22 (2017).
  3. Wilson, S. E., Liu, J. J., Mohan, R. R. Stromal-epithelial interactions in the cornea. Progress in Retinal and Eye Research. 18 (3), 293-309 (1999).
  4. Wilson, S. E., et al. Epithelial injury induces keratocyte apoptosis: hypothesized role for the interleukin-1 system in the modulation of corneal tissue organization and wound healing. Experimental Eye Research. 62 (4), 325-327 (1996).
  5. Zieske, J. D., Guimaraes, S. R., Hutcheon, A. E. Kinetics of keratocyte proliferation in response to epithelial debridement. Experimental Eye Research. 72 (1), 33-39 (2001).
  6. West-Mays, J. A., Dwivedi, D. J. The keratocyte: corneal stromal cell with variable repair phenotypes. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 38 (10), 1625-1631 (2006).
  7. Ahmed, F., House, R. J., Feldman, B. H. Corneal abrasions and corneal foreign bodies. Primary Care. 42 (3), 363-375 (2015).
  8. Ben-Eli, H., Erdinest, N., Solomon, A. Pathogenesis and complications of chronic eye rubbing in ocular allergy. Current Opinion in Allergy and Clinical Immunology. 19 (5), 526-534 (2019).
  9. Wilson, S. A., Last, A. Management of corneal abrasions. American Family Physician. 70 (1), 123-128 (2004).
  10. Nagata, M., et al. JBP485 promotes corneal epithelial wound healing. Scientific Reports. 5, 14776 (2015).
  11. Wang, X., et al. MANF promotes diabetic corneal epithelial wound healing and nerve regeneration by attenuating hyperglycemia-induced endoplasmic reticulum stress. Diabetes. 69 (6), 1264-1278 (2020).
  12. Li, F. J., et al. Evaluation of the AlgerBrush II rotating burr as a tool for inducing ocular surface failure in the New Zealand White rabbit. Experimental Eye Research. 147, 1-11 (2016).
  13. Kalha, S., Kuony, A., Michon, F. Corneal epithelial abrasion with ocular burr as a model for cornea wound healing. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (137), e58071 (2018).
  14. Kalha, S., et al. Bmi1+ progenitor cell dynamics in murine cornea during homeostasis and wound healing. Stem Cells. 36 (4), 562-573 (2018).
  15. Park, M., et al. Visualizing the contribution of keratin-14(+) limbal epithelial precursors in corneal wound healing. Stem Cell Reports. 12 (1), 14-28 (2019).
  16. Kuony, A., et al. Ectodysplasin-A signaling is a key integrator in the lacrimal gland-cornea feedback loop. Development. 146 (14), (2019).
  17. Farrelly, O., et al. Two-photon live imaging of single corneal stem cells reveals compartmentalized organization of the limbal niche. Cell Stem Cell. 28 (7), 1233-1247 (2021).
  18. Ikkala, K., Michon, F., Stratoulias, V. Unilateral Zebrafish corneal injury induces bilateral cell plasticity supporting wound closure. Scientific Reports. , (2021).
  19. Ormerod, L. D., Abelson, M. B., Kenyon, K. R. Standard models of corneal injury using alkali-immersed filter discs. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 30 (10), 2148-2153 (1989).
  20. Anderson, C., Zhou, Q., Wang, S. An alkali-burn injury model of corneal neovascularization in the mouse. Journal of visualized experiments: JoVE. (86), e51159 (2014).
  21. Choi, H., et al. Comprehensive modeling of corneal alkali injury in the rat eye. Current Eye Research. 42 (10), 1348-1357 (2017).
  22. Singh, P., Tyagi, M., Kumar, Y., Gupta, K. K., Sharma, P. D. Ocular chemical injuries and their management. Oman Journal of Ophthalmology. 6 (2), 83-86 (2013).
  23. Pal-Ghosh, S. BALB/c and C57BL6 mouse strains vary in their ability to heal corneal epithelial debridement wounds. Experimental Eye Research. 87 (5), 478-486 (2008).
  24. Chen, J. J., Tseng, S. C. Abnormal corneal epithelial wound healing in partial-thickness removal of limbal epithelium. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 32 (8), 2219-2233 (1991).
  25. Xeroudaki, M., Peebo, B., Germundsson, J., Fagerholm, P., Lagali, N. RGTA in corneal wound healing after transepithelial laser ablation in a rabbit model: a randomized, blinded, placebo-controlled study. Acta Ophthalmologica. 94 (7), 685-691 (2016).
  26. . The zebrafish book. A guide for the laboratory use of zebrafish (Danio rerio Available from: https://zfinorg/zf_info/zfbook/zfbk.html (2000)
  27. Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  28. Xu, C., Volkery, S., Siekmann, A. F. Intubation-based anesthesia for long-term time-lapse imaging of adult zebrafish. Nature Protocols. 10 (12), 2064-2073 (2015).
  29. Crosson, C. E., Klyce, S. D., Beuerman, R. W. Epithelial wound closure in the rabbit cornea. A biphasic process. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 27 (4), 464-473 (1986).
  30. Parlanti, P., et al. Axonal debris accumulates in corneal epithelial cells after intraepithelial corneal nerves are damaged: A focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) study. Experimental Eye Research. 194, 107998 (2020).
  31. Zhao, X. C., et al. The zebrafish cornea: structure and development. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (10), 4341-4348 (2006).
  32. Richardson, R., et al. Re-epithelialization of cutaneous wounds in adult zebrafish combines mechanisms of wound closure in embryonic and adult mammals. Development. 143 (12), 2077-2088 (2016).
  33. van Loon, A. P., Erofeev, I. S., Maryshev, I. V., Goryachev, A. B., Sagasti, A. Cortical contraction drives the 3D patterning of epithelial cell surfaces. The Journal of Cell Biology. 219 (3), (2020).
  34. Vihtelic, T. S., Hyde, D. R. Light-induced rod and cone cell death and regeneration in the adult albino zebrafish (Danio rerio) retina. Journal of Neurobiology. 44 (3), 289-307 (2000).
  35. Poss, K. D., Wilson, L. G., Keating, M. T. Heart regeneration in zebrafish. Science. 298 (5601), 2188-2190 (2002).
  36. Becker, T., Wullimann, M. F., Becker, C. G., Bernhardt, R. R., Schachner, M. Axonal regrowth after spinal cord transection in adult zebrafish. The Journal of Comparative Neurology. 377 (4), 577-595 (1997).
  37. Hu, X., et al. Sirt6 deficiency impairs corneal epithelial wound healing. Aging. 10 (8), 1932-1946 (2018).
  38. Ksander, B. R., et al. ABCB5 is a limbal stem cell gene required for corneal development and repair. Nature. 511 (7509), 353-357 (2014).
  39. Pan, Y. A., et al. Zebrabow: multispectral cell labeling for cell tracing and lineage analysis in zebrafish. Development. 140 (13), 2835-2846 (2013).

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved