JoVE Logo
Faculty Resource Center

Sign In

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Acknowledgements

Materials

References

Biology

ריפוי פצעים בקרנית דגי זברה: משחיקה לניתוח הדמיה לסגירת פצעים

Published: March 1st, 2022

DOI:

10.3791/63605

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

פרוטוקול זה מתמקד בפגיעה במשטח העין של דגי הזברה באמצעות שחיקה כדי להעריך את סגירת הפצעים הבאים ברמה התאית. גישה זו מנצלת בר עיני כדי להסיר חלקית את אפיתל הקרנית ומשתמשת במיקרוסקופיית אלקטרונים סורקת כדי לעקוב אחר שינויים במורפולוגיה של התא במהלך סגירת הפצע.

כמשטח השקוף של העין, הקרנית היא אינסטרומנטלית לראייה ברורה. בשל מיקומו, רקמה זו נוטה עלבונות סביבתיים. ואכן, פציעות העיניים הנתקלות לעתים קרובות ביותר מבחינה קלינית הן אלה לקרנית. בעוד שריפוי פצעי קרנית נחקר בהרחבה ביונקים קטנים (כלומר, עכברים, חולדות וארנבות), מחקרים בפיזיולוגיה של הקרנית הזניחו מינים אחרים, כולל דגי זברה, למרות שדגי זברה הם מודל מחקר קלאסי.

דו"ח זה מתאר שיטה לביצוע שחיקה בקרנית על דגי זברה. הפצע מבוצע ב vivo על דגים מרדימים באמצעות בר עינית. שיטה זו מאפשרת פצע אפיתל לשחזור, משאיר את שאר העין ללא פגע. לאחר שחיקה, סגירת הפצע מנוטרת במהלך 3 שעות, ולאחר מכן הפצע הוא reepithelialized. באמצעות סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים, ואחריו עיבוד תמונה, צורת תא האפיתל, בליטות apical ניתן לחקור כדי לחקור את השלבים השונים במהלך סגירת פצע אפיתל הקרנית.

המאפיינים של מודל דגי הזברה מאפשרים לחקור את הפיזיולוגיה של רקמת האפיתל ואת ההתנהגות הקולקטיבית של תאי האפיתל כאשר הרקמה מאותגרת. יתר על כן, השימוש במודל שנמנע מהשפעת סרט הדמעות יכול לייצר תשובות חדשות לגבי תגובת הקרנית ללחץ. לבסוף, מודל זה מאפשר גם את התיחום של האירועים התאיים והמולקולריים המעורבים בכל רקמת אפיתל הנתונה לפצע פיזי. שיטה זו יכולה להיות מיושמת להערכה של יעילות התרופה בבדיקות פרה קליניות.

כמו רוב האפיתליה נמצאים במגע עם הסביבה החיצונית, הם נוטים לפגיעה גופנית, מה שהופך אותם מתאימים היטב לחקר תהליכי ריפוי הפצע. בין הרקמות הנחקרות היטב, הקרנית היא מודל שימושי ביותר בחקירת ההיבטים התאיים והמולקולריים של ריפוי פצעים. כמשטח חיצוני שקוף, הוא מספק הגנה פיזית לעין והוא האלמנט הראשון שממקד את האור ברשתית. בעוד המבנה והרכב התאים של הרשתית שונים בין מינים1, יסודות אלה של הקרנית דומים בדרך כלל בכל העיניים מסוג המצלמה, ללא קשר למינים.

הקרנית מורכבת משלוש שכבות עיקריות2. השכבה הראשונה והחיצונית ביותר היא האפיתל, המתחדש כל הזמן כדי להבטיח את שקיפותו. השכבה השנייה היא הסטרומה, המכילה תאים מפוז....

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

כל הניסויים אושרו על ידי המועצה הלאומית לניסויים בבעלי חיים.

1. הכנות

  1. הכן את פתרון מניית tricaine המשמש להרדמה26 מראש (פתרון מלאי 0.4% המשמש בפרוטוקול זה). השתמש כפפות ולשמור את החומרים בברדס אדים במידת האפשר.
    1. עבור 50 מ"ל של פתרון 0.4%, לשקול 200 מ"ג של אבקת .......

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

מחקר זה מתאר שיטה באמצעות בר עיניים בניסויי ריפוי פצעי קרנית דגי זברה. השיטה משתנה ממחקרים קודמים על עכברים, שם הוכח כי הבר מסיר את שכבות תאי האפיתל ביעילות13. האתגרים בפציעת קרנית דגי הזברה כוללים את גודלה הקטן יחסית של העין, ובמקרה של ניסויים הגוזלים זמן רב, הצורך לשמור על זרי?.......

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

פציעות גופניות בקרנית הן הגורם הנפוץ ביותר לביקורי חולי עיניים בבית החולים. לכן, חשוב להקים מודלים רלוונטיים לחקר היבטים שונים של פתולוגיה הקרנית. עד כה, העכבר הוא המודל הנפוץ ביותר לחקר ריפוי פצעי הקרנית. עם זאת, הוספת טיפות עיניים על עיניים פגועות מורין כדי לאמת את ההשפעה של תרופות ספציפ?.......

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

המחברים מודים לפרטי פנולה על הגישה ליחידת דגי הזברה ולהנרי קויבולה על ההדרכה והעזרה בניסויי דגי הזברה. מחקר זה נתמך על ידי האקדמיה של פינלנד, קרן ג'יין ואטוס ארקו, קרן התרבות הפינית ותוכנית ATIP-Avenir. ההדמיה בוצעה ביחידת מיקרוסקופיית האלקטרונים וביחידת מיקרוסקופיית האור, המכון לביוטכנולוגיה, בתמיכת HiLIFE וביו סנטר פינלנד.

....

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