Name: growth of human and sheep corneal endothelial cell layers on biomaterial membranes
Uploaded: 2020-02-06T14:30:00
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Grazie a Noémie Gallorini per la sua assistenza durante la preparazione della Figura 7. Questo lavoro è stato sostenuto da una sovvenzione di progetto assegnata al DH dal National Health and Medical Research Council of Australia (Project Grant 1099922), e da finanziamenti supplementari ricevuti dalla Queensland Eye Institute Foundation.

Le cornee umane con il consenso del donatore per la ricerca sono state ottenute dalla Queensland Eye Bank e utilizzate con l'approvazione etica del Comitato Etico della Ricerca Umana del Metro South Hospital and Health Service (HREC/07/QPAH/048). Le cornee di pecora sono state ottenute da animali eutanasia presso l'Herston Medical Research Facility dell'Università del Queensland in base a un accordo di condivisione dei tessuti.
1. Preparazione degli strumenti di dissezione
<ol><li>Sterilizz...

<ol>
	<li>G&#252;ell, J. L., El Husseiny, M. A., Manero, F., Gris, O., Elies, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Historical+Review+and+Update+of+Surgical+Treatment+for+Corneal+Endothelial+Diseases.">Historical Review and Update of Surgical Treatment for Corneal Endothelial Diseases.</a> Ophthalmology and Therapy. 3, 1-15 (2014).</li><li>Tan, D. T. H., Dart, J. K. G., Holland, E. J., Kinoshita, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corneal+transplantation.">Corneal transplantation.</a> The Lancet. 379 (9827), 1749-1761 (2012).</li><li>Soh, Y. Q., Peh, G. S. L., Mehta, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Translational+issues+for+human+corneal+endothelial+tissue+engineering.">Translational issues for human corneal endothelial tissue engineering.</a> Journal of Tissue Engineering and Regnerative Medicine. 11 (9), 2425-2442 (2017).</li><li>Senoo, T., Joyce, N. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+Cycle+Kinetics+in+Corneal+Endothelium+from+Old+and+Young+Donors.">Cell Cycle Kinetics in Corneal Endothelium from Old and Young Donors.</a> Investigative Ophthalmology, Visual Science. 41 (3), 660-667 (2000).</li><li>Roy, O., Leclerc, V. B., Bourget, J. M., Th&#233;riault, M., Proulx, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+process+of+corneal+endothelial+morphological+change+in+vitro.">Understanding the process of corneal endothelial morphological change in vitro.</a> Investigative Ophthalmology, Visual Science. 56, 1228-1237 (2015).</li><li>Harkin, D. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mounting+of+Biomaterials+for+Use+in+Ophthalmic+Cell+Therapies.">Mounting of Biomaterials for Use in Ophthalmic Cell Therapies.</a> Cell Transplantation. 26 (11), 1717-1732 (2017).</li><li>Trepat, X., Chen, Z., Jacobson, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+migration.">Cell migration.</a> Comprehensive Physiology. 2 (4), 2369-2392 (2012).</li><li>Walshe, J., Harkin, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serial+explant+culture+provides+novel+insights+into+the+potential+location+and+phenotype+of+corneal+endothelial+progenitor+cells.">Serial explant culture provides novel insights into the potential location and phenotype of corneal endothelial progenitor cells.</a> Experimental Eye Research. 127, 9-13 (2014).</li><li>Al Abdulsalam, N. K., Barnett, N. L., Harkin, D. G., Walshe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cultivation+of+corneal+endothelial+cells+from+sheep.">Cultivation of corneal endothelial cells from sheep.</a> Experimental Eye Research. 173, 24-31 (2018).</li><li>Parekh, M., Ferrari, S., Sheridan, C., Kaye, S., Ahmad, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Concise+Review:+An+Update+on+the+Culture+of+Human+Corneal+Endothelial+Cells+for+Transplantation.">Concise Review: An Update on the Culture of Human Corneal Endothelial Cells for Transplantation.</a> Stem Cells Translational Medicine. 5 (2), 258-264 (2016).</li><li>Peh, G. S., Toh, K. P., Wu, F. Y., Tan, D. T., Mehta, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cultivation+of+human+corneal+endothelial+cells+isolated+from+paired+donor+corneas.">Cultivation of human corneal endothelial cells isolated from paired donor corneas.</a> PLoS One. 6 (12), 28310 (2011).</li></ol>

Una sfida tecnica significativa associata alla creazione e all'espansione delle cellule endoteliali corneali umane impedisce che si verifichino EMT nelle colture. EMT può essere attivato nelle cellule endoteliali corneali dalla perdita di contatto cellulare-cellulare, ma la maggior parte dei protocolli di coltura cellulare per queste cellule comporta la dissociazione enzimatica a singole cellule durante l'isolamento e la sottocultura10. Qui presentiamo un protocollo alternativo di coltura cellula...

La cornea è un tessuto trasparente che si trova nella parte anteriore dell'occhio. È composto da tre strati principali: uno strato epiteliale sulla superficie esterna, uno strato di stroma medio e uno strato interno chiamato endotelio corneale. L'endotelio cornealeè è un monostrato di cellule che si trova su una membrana seminterrato chiamata membrana di Descemet e mantiene la trasparenza della cornea regolando la quantità di liquido che entra nello stroma dall'umorismo acquoso sottostante. Troppo fluido all'interno dello stroma provoca gonfiore corneale, opacità e perdita della vista. L'endotelio è quindi vitale per mantenere la visione.
L'endotelio corneo può diventare disfunzionale per una serie di motivi tra cui l'invecchiamento, malattia e lesioni, e l'unico trattamento corrente è la chirurgia del trapianto. Durante questo intervento, l'endotelio e la membrana di Descemet vengono rimossi dalla cornea del paziente e sostituiti con un innesto di endotelio e membrana di Descemet ottenuta da un donatore cornea. Molti innesti di endotelio contengono anche un sottile strato di tessuto stromatale per facilitare la manipolazione e l'attaccamento alla corneaospite 1.
In tutto il mondo, la domanda di tessuto del donatore di cornea per interventi chirurgici di trapianto è superiore alla quantità che può essere fornita dalle banche degli occhi2. È stato quindi dimostrato di sviluppare trapianti di endotelio corneo ingegnerizzati che potrebbero essere utilizzati per alleviare questa carenza3. La motivazione di questo si basa sul fatto che attualmente, l'endotelio da un singolo cornea può essere trasferito solo a un singolo paziente, tuttavia, se le cellule endoteliali corneali sono state prima espanse e coltivate su impalcature biomateriali nella coltura del tessuto, potrebbero essere utilizzate per trattare più pazienti.
Le principali sfide che devono essere affrontate prima che i trapianti di endotelio corneo ingegnerizzati siano un'opzione fattibile per i chirurghi includono: (1) stabilire tecniche per espandere le cellule endoteliali corneali di alta qualità e per produrre strati di cellule endoteliali corneali funzionali in vitro e (2) che stabiliscono tecniche per la crescita delle cellule su scaffold biomateriali per produrre innesti di tessuto che sono uguali o migliori dei innesti derivati dalla cornea del donatore attualmente utilizzati.
Le cellule endoteliali corneali hanno un potenziale proliferativo molto basso in vivo, ma possono essere stimolate a dividersi in vitro4. Tuttavia, essi hanno una forte tendenza a subire una transizione epiteliale-mesenchica in vitro (EMT), che riduce la loro capacità di formare uno strato endoteliale maturo e funzionale. I fattori scatenanti noti per EMT nelle cellule endoteliali corneali includono l'esposizione a determinati fattori di crescita e la perdita del contatto da cellula a cellula5. È quindi quasi inevitabile che le colture di cellule endoteliali corneali che sono enzimaticamente dissociate durante la sottocultura subiranno cambiamenti associati all'EMT. Qui, presentiamo un metodo di coltura cellulare per le cellule endoteliali corneali umane o ovine che è progettato per ridurre al minimo l'interruzione dei contatti cellulare-cellulare durante le fasi di isolamento, espansione e sottocultura, per ridurre il potenziale di EMT. Inoltre, dimostriamo come gli innesti di tessuto- ingegnerici che assomigliano a innesti di membrana/tessuto strome del composto da membrana/Descemet derivati dal donatore possono essere prodotti colti producendo strati cellulari coltivati su entrambi i lati di una membrana biomateriale in un dispositivo di montaggio su misura.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Attachment factor</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>S006100</td>
			<td>A 1X sterile solution containing gelatin that is used to coat tissue culture surfaces. Store at 4 &#176;C.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine pituitary extract</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>13028014</td>
			<td>A single vial contains 25 mg. Freeze in aliquots.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride</td>
			<td>Merck</td>
			<td>C5670</td>
			<td>Dissolve in HBSS to make a 1 mM stock solution. Filter sterilise.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge tube, 50 ml</td>
			<td>Labtek</td>
			<td>650.550.050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chondroitin sulphate</td>
			<td>LKT Laboratories</td>
			<td>C2960</td>
			<td>This is bovine chondroitin sulphate. Dissolve in HBSS to make a 0.08 g/mL stock solution. Filter sterilise and freeze in aliquots.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dispase II</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17105-041</td>
			<td>Dissolve in DPBS to make a 2 mg/mL stock solution. Filter sterilise and freeze in aliquots.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Labtek</td>
			<td>EA043</td>
			<td>100% undenatured ethanol should be diluted to 70% in deionised water for sterilising instruments and surfaces.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Foetal bovine serum</td>
			<td>GE Healthcare Australia Pty Ltd</td>
			<td>SH30084.03</td>
			<td>This is a HyClone brand of foetal bovine serum.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coverglass No. 1, &#216; 13 mm</td>
			<td>Proscitech</td>
			<td>G401-13</td>
			<td>Place sterilised cover slips into 24-well plates for tissue culture.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HBSS</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>14025-092</td>
			<td>Hank&#39;s balanced salt solution, 1X, containing calcium chloride and magnesium chloride.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-ascorbic acid 2-phosphate</td>
			<td>Merck</td>
			<td>A8960</td>
			<td>Dissolve in HBSS to make a 150 mM stock solution. Filter sterilise.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-Boyden chamber</td>
			<td>CNC Components Pty. Ltd.</td>
			<td>Upper ring: QUT-0002-0006, Base ring: QUT-0002-0007</td>
			<td>Both components are made from polytetrafluoroethelyne (PTFE).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O-ring for micro-Boyden chamber</td>
			<td>Ludowici Sealing Solutions</td>
			<td>RSB012</td>
			<td>Composed of silicon rubber.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opti-MEM 1 (1X) + GlutaMAX-1</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>51985-034</td>
			<td>A reduced serum medium containing glutamine.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DPBS</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>14190-144</td>
			<td>Dulbecco&#39;s phosphate buffered saline, 1X, without calcium chloride and magnesium chloride.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pen Strep</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140-122</td>
			<td>A 100X antibiotic solution containing 10,000 Units/mL penicillin and 10,000 &#181;g/mL streptomycin.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>82.14473.001</td>
			<td>Sterile Petri dish, 92 X 16 mm, for tissue dissections.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture plate, 24 well</td>
			<td>Corning Incorporated</td>
			<td>Costar 3524</td>
			<td>A plate containing 24 wells, each with a surface area of 2 cm2.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture plate, 6 well</td>
			<td>Corning Incorporated</td>
			<td>Costar 3516</td>
			<td>A plate containing 6 wells, each with a surface area of 9 cm2.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TrypLE Select</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12563-011</td>
			<td>A 1X enzyme solution for dissociating cells.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Versene</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15040-066</td>
			<td>A 1X EDTA solution for dissociating cells.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Watchmaker forceps</td>
			<td>Labtek</td>
			<td>BWMF4</td>
			<td>Number 4 watchmaker forceps work well for removing strips of endothelium/Descemet&#39;s membrane from corneas.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

growth of human and sheep corneal endothelial cell layers on biomaterial membranes

Le colture di cellule endoteliali corneali tendono a subire la transizione epiteliale-mesenchica (EMT) dopo la perdita del contatto tra cellule. EMT è deleterio per le cellule in quanto riduce la loro capacità di formare uno strato maturo e funzionale. Qui, presentiamo un metodo per stabilire e sottraire le colture endoteliali umane e ovine che riduce al minimo la perdita di contatto tra cellule. Gli espianti della membrana dell'endotelio/Descemet vengono prelevati dalle cornee dei donatori e messi in coltura dei tessuti in condizioni che consentono alle cellule di migrare collettivamente sulla superficie di coltura. Una volta che una cultura è stata stabilita, gli espianti vengono trasferiti in piastre fresche per avviare nuove culture. Dispase II viene utilizzato per sollevare delicatamente ciuffi di cellule dalle piastre di coltura dei tessuti per una subcultura. Le colture di cellule endoteliali eteliali che sono state stabilite utilizzando questo protocollo sono adatte per il trasferimento a membrane biomateriali per produrre strati cellulari tessuti-ingegnerizzati per il trapianto in sperimentazioni animali. Viene descritto un dispositivo su misura per sostenere le membrane biomateriali durante la coltura dei tessuti e viene presentato un esempio di innesto di tipo tessuto composto da uno strato di cellule endoteliali corneali e da uno strato di cellule stromali corneali su entrambi i lati di una membrana di collagene di tipo I.

Il metodo per isolare ed espandere le cellule endoteliali corneali da cornee umane o pecore è riepilogato nella Figura 1 e Figura 2. La maggior parte delle espianti che derivano dalle cornee da 1 a 2 anni o donatori umani di età inferiore ai 30 anni si attaccano alle piastre di coltura dei tessuti rivestiti di fattore di attacco entro una settimana, tuttavia, non è insolito scoprire che fino a un terzo degli espianti non riescano ad attaccarsi entro questo pe...

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Growth of Human and Sheep Corneal Endothelial Cell Layers on Biomaterial Membranes

Questo protocollo descrive i passaggi critici necessari per stabilire e coltivare colture di cellule endoteliali corneali da espianti di tessuto umano o o novino. Viene inoltre presentato un metodo per la subcultura delle cellule endoteliali corneali su biomateriali membranosi.

Crescita degli strati cellulari endoteliali umani e ovini sulle membrane biomateriali

Corneal endothelial cell cultures have a tendency to undergo epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) after loss of cell-to-cell contact. EMT is ...

Questo protocollo di coltura cellulare è progettato per evitare che le cellule endoteliali corneali subiranno una transizione epiteliale a mesenchimale durante l'isolamento, l'espansione e la sottocultura. Le colture cellulari sono stabilite da espianto di tessuti corneali, che possono essere riutilizzati per garantire un apporto continuo di cellule primarie da un donatore. Inizia rivestendo i pozzi di una piastra di coltura tissutale a sei pozzi con fattore di attacco utilizzando le istruzioni del produttore.Quindi aggiungere un millilitro di mezzo di coltura a ogni pozzo codificato. Posizionare il lato dell'endotelio cornea in una piastra di Petri sterile sul palco di un microscopio sezionato. Regolare l'illuminazione in modo che la superficie corneale sia ben illuminata con un contrasto sufficiente per evidenziare lo strato endoteliale e regolare lo zoom in modo che il bordo e l'endotelio corneale centrale siano in vista.Utilizzare le forcep sterilizzate dell'orologiaio per sollevare e strappare delicatamente la membrana di Descemet dallo stroma sottostante. Posizionare la striscia di membrana in uno dei pozzi preparati della piastra di coltura, assicurandosi di sostituire immediatamente il coperchio della piastra per ridurre il rischio di contaminazione. Rimuovere prima le strisce della membrana di Descemet dall'estrema periferia dell'endotelio, e dalle regioni centrali in seguito, posizionando tutte le strisce da una cornea in un unico pozzo.Al termine, incubare le espianto in un incubatore di coltura cellulare umidificato impostato su 37 gradi Celsius e 5% di anidride carbonica. Assemblare la camera superiore della camera micro Boyden posizionando un anello O rosso al centro. Utilizzare una trefina di 18 millimetri di diametro per perforare un disco da un foglio di biomateriale su un tagliere PTFE.Quindi, posizionare il disco sopra l'anello rosso O nella camera superiore della camera micro Boyden. Avvitare la camera inferiore sulla camera superiore, fissando il disco del bio materiale nel mezzo. E immergere la camera micro Boyden assemblata al 70% di etanolo per un'ora per sterilizzarla.Dopo l'ammollo, immergere completamente la camera in HBSS sterile per 10 minuti per rimuovere l'etanolo. Quindi lavare la camera nel mezzo di coltura per 10 minuti. E trasferimento al mezzo di coltura all'interno di un pozzo di una piastra a sei pozza, assicurandosi che la camera superiore sia orientata verso l'alto.Regolare il livello del mezzo in modo che contatti la superficie inferiore della membrana del biomateriale, ma non flui nella camera superiore. Pipettare 100 microlitri di sospensione cellulare sulla membrana nella camera micro Boyden e incubarlo nell'incubatore di coltura tissutale per quattro ore, prima di aggiungere il mezzo per immergere completamente la camera. La maggior parte delle espianto che derivavano dalle cornee di pecore da uno a due anni o donatori umani di età inferiore ai 30 anni attaccati alle piastre di coltura dei tessuti codificate del fattore di attacco entro una settimana.Dopo sei settimane, molte piccole cellule ben imballate erano presenti accanto all'espianto. Piccole cellule strettamente imballate all'interno delle colture cellulari endoteliali corneali sono resistenti alla digestione con tripla, mentre le cellule fibroblatiche più grandi sono più sensibili ad esso. Questa differenza è stata sfruttata per rimuovere selettivamente le cellule di grandi dimensioni dalle colture prima di trasferire le cellule più piccole in nuove piastre.Le analisi della farescenza immunale sono state condotte su colture cellulari endoteliali corneali per localizzare ZO-1, una proteina di giunzione stretta, e N-cadherina, una proteina di giunzione di aderenza. Gli stessi anticorpi sono stati utilizzati sia per le pecore che per le cellule umane, ed entrambe le proteine sono state rilevate nelle membrane plasmatiche delle cellule di entrambe le specie. La camera micro Boyden su misura permetteva a entrambi i lati di una membrana di essere utilizzata simultaneamente come superfici di coltura cellulare.Una vista a sezione trasversale di un costrutto cellulare di ingegneria tissutale mostra un singolo strato di cellule endoteliali corneali su una superficie, e una coltura multistrato di cellule stromali corneali dall'altra. Quando si tenta questo protocollo, è importante evitare di raschiare l'endotelio con le farse quando si sta staccando la membrana di Descemet dalla cornea. Seguendo questa procedura, l'integrità di uno strato di cellule endoteliali corneali su una membrana può essere controllata misurandone la resistenza elettrica.

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