Method Article
筋骨格損傷に関連する創傷治癒の研究は、しばしば、シュワン細胞(SC)、ケラチノサイト、および線維芽細胞間の インビトロ 相互作用の評価を必要とする。このプロトコルは、ヒト包皮からのこれらの初代細胞の単離、培養、および特性評価を記述している。
このプロトコールは、皮膚の迅速な酵素解離を用いた高収率および生存率を有するヒト初代細胞の単離方法、培養条件、および特性評価を記載する。初代ケラチノサイト、線維芽細胞、およびシュワン細胞はすべて、ヒト新生児包皮から採取され、標準的なケア手順に従って入手可能である。除去された皮膚を消毒し、皮下の脂肪と筋肉をメスを用いて除去する。この方法は、表皮層および真皮層の酵素的および機械的分離、続いてこれらの表皮層のそれぞれから単一細胞懸濁液を得るためのさらなる酵素消化からなる。最後に、単一細胞を標準的な細胞培養プロトコルに従って適切な細胞培養培地中で増殖させ、数週間にわたって増殖および生存率を維持する。このシンプルなプロトコルを組み合わせることで、皮膚神経モデルの in vitro 評価のために、単一の皮膚から3つの細胞タイプすべてを単離、培養、および特性評価することができます。さらに、これらの細胞は、創傷治癒に関連する培養においてロボット的に行われる傷の形で、互いに対するそれらの効果および in vitro 外傷に対するそれらの応答を測定するために、共培養において一緒に使用することができる。
生体組織由来の初代細胞を in vitro 条件下で培養すると、生理状態1によく似ており、生理学的・病態生理学的過程を調べるのに理想的なモデルとなっています。皮膚には、ケラチノサイト、線維芽細胞、皮脂細胞、メラノサイト、シュワン細胞(SC)を含む複数の細胞タイプが含まれており、 これらはインビトロ 実験のために単離および培養することができる。ケラチノサイト、線維芽細胞、およびSCを単一の皮膚片から単離および培養する方法は、記載されていない。このプロトコルの目標は、1)真皮SCの単離および培養のための信頼性が高く再現可能な方法を確立すること、および2)単一のヒト包皮からケラチノサイト、線維芽細胞、およびSCを単離するための効率的で堅牢な方法を使用することの2つである。
現在、皮膚ケラチノサイト2、3、4および線維芽細胞5,6を単離するための確立されたプロトコルがある。これらの研究は、皮膚からのケラチノサイト、線維芽細胞、またはその両方の単離を記述しているが、ヒト皮膚から初代SCの培養を確立する方法を扱うプロトコルはない。最近の研究は、ニューロンSCがケラチノサイトおよび線維芽細胞の細胞プロセスを調節し、正常な皮膚生理学的機能を調節することを示唆している7。したがって、SCは皮膚の恒常性に重要であり、隣接する皮膚細胞型の挙動に影響を与える生理機能を調節するのに実質的に寄与する8。したがって、これらの各細胞型の単離を可能にするプロトコルは、細胞間通信または細胞型間のクロストークを含むin vitro実験に理想的である。
このプロトコルは、単一の皮膚片からの初代細胞の個々の細胞培養物の確立を記述する。このプロトコールは、利用可能な組織の量が限られている場合に特に有用である。さらに、単一のドナーから3つの細胞型すべてを単離することで、所望の実験中の遺伝学の影響を軽減しながら、細胞型間の堅牢な比較または共培養実験が可能になります。
研究目的での非同定ヒト包皮組織の取得および使用は、ペンシルベニア州立医科大学治験審査委員会(IRB #17574)によってレビューされ、「ヒト研究ではない」という決定を受けた。
注:以下のプロトコルに従うことによって、2.4 x 106ケラチノサイト、4.4 x 106線維芽細胞および1.1 x106 SCが単一の包皮から得られる。一般に、これらの初代細胞は、実験条件に応じて3継代に用いることができる。
1. 初代細胞の単離と培養条件
2. 免疫蛍光による表皮角化細胞、真皮SC、線維芽細胞タンパク質マーカーの検証
正常な新生児包皮は、初代表皮角化細胞ならびに真皮SCおよび線維芽細胞の単離に使用した。単離した初代細胞を、成長因子を含む各細胞培養培地で培養した。SCsおよび線維芽細胞を培養フラスコに播種した後、ほとんどの細胞は2時間以内にフラスコの底に接着した。ケラチノサイトの場合、ほとんどのケラチノサイトは24時間で接着した。単離された表皮初代ケラチノサイトは、7日目までに85%コンフルエントに達し、特徴的な細胞形態(石畳状)を示した(図1A)。SCは5日目までに95%の合流点に達し、双極または三極の形をしたように見えた(図1B)。線維芽細胞培養物は4日目までに95%コンフルエントに達し、ほとんどの細胞は紡錘体形状形態を示した(図1C)。細胞型特異的タンパク質発現は、免疫蛍光染色によりこれらの培養物において確認された。ケラチノサイトは、K10(分化マーカー)およびK14(増殖マーカー)タンパク質に対して陽性であった(図2A);同様に、SCはS100およびp75-NTRに対して陽性であった(図2C)。線維芽細胞はビメンチンを陽性に発現したが、筋線維芽細胞マーカー、α平滑筋アクチン(α-SMA)を発現しなかった(図2E)。
ケラチン免疫蛍光とDAPI核染色のマージ画像(図2A)は、培養物中の細胞の97.8%がケラチノサイトであることを示した(図2B)。ダブルS100およびp75-NTR陽性シュワン細胞は、プロトコールに従った培養における95.2%SCsの純度を示唆している(図2C、D)。同様に、線維芽細胞培養物中の細胞の97.2%がビメンチンを陽性に発現した(図2E、F)。したがって、特徴的なタンパク質発現は、それぞれの細胞型において見出され、プロトコルは、比較的純粋な細胞集団の単離を可能にする。
図1:ヒト包皮由来初代ケラチノサイト、シュワン細胞、および線維芽細胞の単離。 (A)ケラチノサイト、(B)シュワン細胞、および(C)位相差顕微鏡下での線維芽細胞;スケール バー = 100 μm。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
(A)ケラチノサイトを、ケラチン14(K14、増殖性ケラチノサイト)およびK10(ケラチン10、ケラチノサイト分化マーカー)を用いて同定した。(B)二重染色細胞の免疫蛍光を用いた培養ケラチノサイトの純度の統計解析。(c)シュワン細胞を、S100およびp75-NTR(神経成長因子受容体)を用いて同定した;スケールバー = 100 μm. (D) 二重染色細胞の免疫蛍光を用いた培養SCの純度の統計解析。(e)線維芽細胞をビメンチン(線維芽細胞)およびα平滑筋アクチン(線維芽細胞分化、筋線維芽細胞)を用いて同定した;(F)ビメンチン染色細胞の免疫蛍光を用いた培養線維芽細胞の純度の統計解析。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
このプロトコルは、包皮の単一片から3つの異なる細胞集団、すなわちケラチノサイト、線維芽細胞、およびシュワン細胞を単離する方法を記載する。ケラチノサイトおよび線維芽細胞2,3,5,6を単離するために利用可能な単離プロトコルはいくつかあるが、SC単離を記載するものはない。皮膚の重要な構造細胞、ケラチノサイト、線維芽細胞とは別に、皮膚は感覚求心性構造と自律神経遠心性によって高度に神経支配されています。感覚求心性は、軽い接触、振動、痛み、かゆみ、および熱い感覚と冷たい感覚の伝達において重要な役割を果たします。自律神経滓性は汗腺と耳介のピリ筋を神経支配する9.各神経軸索は、末梢神経系のグリア細胞であるSCによって鞘付けされている。SCが軸索再生をサポートするため、SCの研究および臨床的関心が大幅に高まっている10,11。皮膚神経は、非神経細胞への通信信号(神経調節因子/神経メディエーター)を介して皮膚生理学および疾患病理の重要な調節因子である12,13,14。
皮膚における神経SCの広範な分布にもかかわらず、皮膚生理学におけるSCの特異的な役割に関する情報は限られている。皮膚中のSCは、皮膚内の他の非ニューロン細胞とどのように相互作用しますか?この質問に答えることは、信頼できる in vitro 細胞培養モデルの欠如によって妨げられてきた。したがって、このプロトコルでは、個々の細胞の分析と、同じ組織の細胞との相互作用を分析することで、皮膚の恒常性と病態生理学におけるシュワン細胞の役割の特徴的な特徴を正確に明らかにすることができます。
このプロトコルの主な利点の1つは、単一のヒト包皮から3つの初代細胞(SC、ケラチノサイトおよび線維芽細胞)を確立するための簡単で安価な実験手順である。また、3つの細胞タイプすべてが同じ組織から単離されるという利点があるため、細胞比較における遺伝的差異が緩和され、組織の供給が限られている場合に細胞単離が最適化されます。このプロトコルは、皮膚組織および培養条件からの3つの初代細胞の単離手順を実行し、2日間かかる。このプロトコールは、多数の生細胞を確実に得られ、これらの細胞の初期継代は、最初のめっき後4〜7日で〜90%のコンフルエントに達した。ケラチノサイトを少なくとも3継代(約21日)使用し、線維芽細胞およびシュワン細胞を5〜6継代(培養中〜40日)に使用しました。
このプロトコルには技術的な課題がないわけではありません。酵素消化前の基礎となる脂肪組織の十分な除去と効率的な表皮/真皮分離は、各皮膚層から比較的純粋な細胞集団を得るための鍵です。真皮SCは、より多数の線維芽細胞と比較して皮膚における有病率が比較的低いため、皮膚から単離することがより困難である。SC培養における線維芽細胞の持ち越しは、SCs15を急速に上回るであろう。SCの接着性を高めるために、SCs16の接着性を高めるため、PLLで組織培養器具をプレコートすることを選択しました。線維芽細胞汚染をさらに緩和するために、細胞が短時間接着した後にシトシンアラビノシド(抗有糸分裂剤)を添加し、急速に分裂した線維芽細胞をSCs培養物から除去した。しかし、シトシンアラビノシドへのより長い曝露はまた、SCに有害であり得る。
上記のプロトコールを採用することで、 インビトロ 実験のために個々の皮膚SC、ケラチノサイト、および線維芽細胞培養物を単離することが可能になる。これらの別個の細胞集団は、正常な皮膚生理学、創傷治癒の間、または疾患設定を模倣する条件下で、SC、ケラチノサイト、および線維芽細胞を個々にまたは組み合わせて調査するために使用することができる。
他のすべての著者は、競合する金銭的利益はないと宣言しています。
ファディア・カマル博士とレイアド・エルバーバリ博士に、ラボ機器と技術サポートの使用を許可してくれたことに感謝します。この研究は、ペンシルベニア州立大学ハーシー医療センターからの制度的支援に加えて、NIH(K08 AR060164-01A)およびDOD(W81XWH-16-1-0725)からJ. C. E.への助成金によって支援されました。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 µM sterile filters (Millex-GP Syringe Filter Unit,polyethersulfone) | MilliporeSigma | SLGPR33RS | |
70 µM cell strainers | CELLTREAT | 229483 | |
100 µM cell strainers | CELLTREAT | 229485 | |
1 mL disposable syringes | BD Luer-Lok | BD-309659 | |
5 mL disposable syringes (Syringe sterile, single use) | BD Luer-Lok | BD309646 | |
10 mL disposable syringes | BD Luer-Lok | BD305462 | |
1% TritonX-100 | Sigma | X100-1L | Prepared at the time of use |
4% paraformaldehyde solution | ThermoFisher Scientific | J19943.K2 | Ready to use and store at 4 °C |
5% BSA | Sigma | A7906-100G | Prepared at the time of use |
70% ethanol | Pharmco | 111000200 | |
Antibiotic | ScienCell Research | 503 | |
Chemometec Vial1-Cassette | Fisher Scientific | NC1420193 | |
Collagenase | Gibco | 17018-029 | |
Coverslip | Fisherbrand | 12544D 22*50-1.5 | |
Dispase I | Sigma-Aldrich | D46693 | |
DMEM basal medium | ScienCell Research | 9221 | |
Dulbecco's phosphate-buffered saline free from Ca2+ and Mg2+ (DPBS) | Corning | 21-031-CV) | |
Nunc 15 mL Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | ThermoFisher Scientific | 339651 | |
Nunc 50 mL Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | ThermoFisher Scientific | 339653 | |
1.5 mL micro-centrifuge tubes | Fisherbrand | 02-681-5 | |
Fetal bovine serum (FBS) | ThermoFisher Scientific | 10082147 | |
Fibroblast complete medium | ScienCell Research | 2331 | |
Goat anti-Mouse IgG (H+L) Highly Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 594 | Invitrogen | A11032 | Dilution (1:500) |
Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11008 | Dilution (1:500) |
Hanks' Buffered Saline Solution (HBSS buffer) | Lonza | CC-5022 | |
Human foreskin | De-identified human foreskin tissue for research purposes (Institutional Review Board- IRB #17574). | ||
KGM-GOLD keratinocyte medium (KGM gold and supplements) | Lonza | 00192151 and 00192152 | |
Mouse alpha-smooth muscle actin antibody | ThermoFisher Scientific | 14-9760-82 | Dilution (1:200) |
Mouse Cytokeratin14 antibody | Abcam | ab7800 | Dilution (1:100) |
Mouse S100 antibody | ThermoFisher Scientific | MA5-12969 | Dilution (1:200) |
Multi chambered (4 well glass slide) | Tab-Tek | 154526 | |
NucleoCounter -Via1-Cassette | Chemometec | 941-0012 | |
Poly-L-Lysisne (PLL) | ScienCell Research | 32503 | |
ProLong Gold Anti-fade Mountant with DAPI | Invitrogen | P36935 | |
Rabbit K10 antibody | Sigma-Aldrich | SAB4501656 | Dilution (1:100) |
Rabbit p75-NTR antibody | Millipore | AB1554 | Dilution (1:500) |
Rabbit vimentin | ProteinTech | 10366-1-AP | Dilution (1:200) |
Schwann cell culture medium | ScienCell Research | 1701 | |
Precision tweezers DUMONT straight with extra fine tips Dumostar, 5 | ROTH | LH75.1 | Sterilize with 70% alcohol before use |
IRIS Scissors, sharp/sharp. Length 4–3/8"(111mm) | Codman | 54-6500 | Sterilize with 70% alcohol before use |
Sterilized surgical - sharp blade (Duro Edge Economy Single Edge Blades) | Razor blade company | 94-0120 | Sterilize with 70% alcohol before use |
T25 culture flask | Corning | 353109 | |
Trypsin neutralization buffer (TNS) | Lonza | CC-5002 | |
Trypsin/EDTA | Lonza | CC-5012 | |
Inverted microscope | ZEISS | Axio Observer 7- Axiocam 506 mono – Apotome.2 microscope | For immunofluorescence of chamber slide containing stained cells |
Inverted microscope | ZEISS | Primovert | For visulaizing/observing cell attachment or detachment |
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