Summary

Aislamiento de neutrófilos y análisis para determinar su papel en el linfoma de células sensibles a los agentes terapéuticos

Published: March 25, 2016
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Summary

Neutrophils are the most abundant type of white blood cells. The isolation of neutrophils from human blood by density gradient separation method and the differentiation of human promyelocytic (HL60) cells along the granulocytic pathway are described here; to test their role on sensitivity of lymphoma cells to anti-lymphoma agents.

Abstract

Neutrophils are the most abundant (40% to 75%) type of white blood cells and among the first inflammatory cells to migrate towards the site of inflammation. They are key players in the innate immune system and play major roles in cancer biology. Neutrophils have been proposed as key mediators of malignant transformation, tumor progression, angiogenesis and in the modulation of the antitumor immunity; through their release of soluble factors or their interaction with tumor cells. To characterize the specific functions of neutrophils, a fast and reliable method is coveted for in vitro isolation of neutrophils from human blood. Here, a density gradient separation method is demonstrated to isolate neutrophils as well as mononuclear cells from the blood. The procedure consists of layering the density gradient solution such as Ficoll carefully above the diluted blood obtained from patients diagnosed with chronic lymphocytic leukemia (CLL), followed by centrifugation, isolation of mononuclear layer, separation of neutrophils from RBCsby dextran then lysis of residual erythrocytes. This method has been shown to isolate neutrophils ≥ 90 % pure. To mimic the tumor microenvironment, 3-dimensional (3D) experiments were performed using basement membrane matrix such as Matrigel. Given the short half-life of neutrophils in vitro, 3D experiments with fresh human neutrophils cannot be performed. For this reason promyelocytic HL60 cells are differentiated along the granulocytic pathway using the differentiation inducers dimethyl sulfoxide (DMSO) and retinoic acid (RA). The aim of our experiments is to study the role of neutrophils on the sensitivity of lymphoma cells to anti-lymphoma agents. However these methods can be generalized to study the interactions of neutrophils or neutrophil-like cells with a large range of cell types in different situations.

Introduction

Células inmunes innatas constituyen una proporción esencial de las células dentro del microambiente del tumor y se han asociado con la malignidad del tumor en pacientes y modelos animales de cáncer 1. Recientemente, se ha vuelto más ampliamente apreciado que las respuestas inmunes crónicas desempeñan papeles críticos en la promoción de la progresión tumoral, metástasis y resistencia a quimioterapias 2. Los macrófagos son importantes células inmunitarias innatas que se han demostrado para regular directamente la respuesta de las células tumorales a la quimioterapia 3,4. Sin embargo, el papel de los neutrófilos, los actores clave en el sistema inmunitario innato, en la regulación de la respuesta del tumor al tratamiento contra el cáncer no se conoce. Los objetivos de estos protocolos son el uso de un método rápido y fiable para separar los neutrófilos de muestras de sangre CLL del paciente y para diferenciar las células HL60 a lo largo de la vía granulocítica con el fin de estudiar su papel en la regulación de la sensibilidad de las células de linfoma a los agentes anti-linfoma.

<p class= "jove_content"> Los neutrófilos son el componente celular más abundante del sistema inmune innato en la sangre 5 y actuar como una primera línea de defensa contra los microorganismos invasores 6. Los neutrófilos tienen un papel esencial en el aumento de la respuesta inmune innata eficaces, además de las funciones efectoras variables en varias condiciones patológicas 7. Por lo tanto, un método rápido y fiable para aislar los neutrófilos de otras células sanguíneas, tales como método de separación en gradiente de densidad, se requiere para los estudios in vitro. El uso de este método para el aislamiento de neutrófilos facilitará aún más la investigación sobre las funciones inmunológicas mediada por neutrófilos in vivo y ex vivo.

La capacidad de obtener poblaciones puras de los neutrófilos es un primer paso importante para la investigación de los pacientes con enfermedades inmunológicas 8. método de separación en gradiente de densidad es una técnica ideal en el que se obtiene un alto rendimiento de las células. el method implica la adición de la solución de gradiente de densidad en la parte inferior de un tubo que contiene la sangre humana diluido seguido de centrifugación a 300 g durante 35 min sin descanso. El anillo de las células mononucleares aparece en la interfase y los neutrófilos residen por debajo de la primera. Este método tiene ventajas significativas con respecto a otros métodos disponibles, tales como kits de aislamiento de neutrófilos, que son mucho más caros 9. Además, el aislamiento de los neutrófilos de sangre humana por kits comerciales que utilizan anticuerpos dirigidos a un marcador de superficie específico para los neutrófilos humanos, aumentar el riesgo de activación o diferenciación celular. método de separación en gradiente de densidad permite el aislamiento de neutrófilos dentro de un corto período de tiempo. Dentro del mismo paso, también se separan y se recuperan las células mononucleares. Es una técnica fundamental en la que se obtiene un alto rendimiento de células puras a fin de lograr la integridad funcional.

Con el fin de imitar la microenv tumorironment, se realizaron experimentos en 3D. Dada la corta vida media de los neutrófilos in vitro, los experimentos en 3D con los neutrófilos humanos frescos no son concluyentes. Por esta razón, se inducen las células HL60 promielocítica () para diferenciarse en células de neutrófilos como el uso de los inductores de la diferenciación dimetilsulfóxido (DMSO) y el ácido retinoico (RA). El uso de células HL60 diferenciadas (HL60) diff evitará tener diferentes respuestas de los neutrófilos debido al aislamiento de diferentes donantes.

En 3D vitro modelos de cultivo representan una etapa intermedia entre modelos 2D in vitro y en modelos in vivo. En la cultura 2D, las células se extienden sobre una superficie de plástico que forma los archivos adjuntos de células no naturales a las proteínas depositadas que se desnaturalizan en esta superficie sintética. Por el contrario, las células en forma de cultivo 3D adjuntos célula-célula natural, ya que las células y la matriz extracelular que sintetizan son el material natural a los que están unidos.Por esta razón, los modelos 3D de co-cultivo, especialmente entre las células cancerosas y otros tipos de células, han sido muy útiles para indicar su contribución al crecimiento tumoral, la angiogénesis y la metástasis. Como resultado, los cultivos 3D hacen que el cultivo de células de imitar las condiciones fisiológicas que existen in vivo 10.

Protocol

1. Aislamiento de neutrófilos y co-cultivo con células leucémicas primarias NOTA: Los procedimientos se llevaron a cabo con la aprobación del Comité de Ética del Hospital Lyon con todos los pacientes que firman el consentimiento informado. El aislamiento de las células leucémicas primarias y neutrófilos Recoger tubos de sangre periférica en EDTA (1,8 mg EDTA por mililitro de sangre) de los pacientes diagnosticados con leucemia linfocítica crón…

Representative Results

Método de separación en gradiente de densidad descrito aquí proporciona células leucémicas primarias y neutrófilos no estimulados aisladas de la sangre de pacientes con LLC Figura 1A representa las diferentes capas de la sangre obtenidos después de centrifugación en gradiente de densidad (de arriba a abajo:. Plaquetas y plasma, anillo blanco representa las células mononucleares, gradiente de densidad de la solución, granulocitos y eritrocitos). Figura 1…

Discussion

Se describe aquí, un protocolo eficaz, sencillo, rápido y de bajo costo para el aislamiento de los neutrófilos de la sangre humana con alta pureza utilizando el enfoque de la centrifugación en gradiente de densidad y dentro de las mismas células mononucleares de paso también se separan y se recupera. Las poblaciones de células aisladas son ≥90% de pureza.

Hay varios métodos disponibles para el aislamiento de neutrófilos de la sangre humana. Estos incluyen métodos similares utiliz…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by the Institute National du Cancer (INCa-DGOS-4664).

Materials

RPMI 1640  Gibco Invitrogen 21875-034
Fetal bovine serum (FBS) Gibco Invitrogen 10270-106
Phosphate-buffered saline (PBS contains calcium and magnesium) Gibco Invitrogen 14040-091
N-acetyl-L-alanyl-L-glutamine (L-Glutamine) Life technologies 25030-024
Penicillin streptomycin (Pen Strep) Life technologies 15140-122
Bruton's tyrosine kinase (Btk) inhibitor (Ibrutinib)  CliniSciences A3001
Vincristine  EG labo
BD Matrigel basement membrane matrix  BD Biosciences 354234 Put at 4 oC overnight before the day of the experiment
Red cell lysis buffer  BD Biosciences 555899
Ficoll (Pancoll) PAN Biotech P04-60500
Dextran  Sigma-Aldrich D8906
Dimethyl sulfoxide (DMSO) Sigma-Aldrich D8418
Retinoic acid Sigma-Aldrich R2625
Bovine serum albumin (BSA) Sigma-Aldrich A7906
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) Sigma-Aldrich E5134
Sodium chloride (NaCl) Euromedex S3014
Annexing V-FLOUS staining kit  Roche 11 988 549 001
Kit RAL 555 Modified Giemsa staining kit Cosmos Biomedical CB361550-0000
LSRII flow cytometry BD Biosciences
Cytocentrifuge Thermo Scientific
Leica DMR-XA microscope Leica Microsystems
Cellometer Auto T4 Cell Viability Counter Nexcelom  Bioscience

References

  1. Gocheva, V., et al. IL-4 induces cathepsin protease activity in tumor-associated macrophages to promote cancer growth and invasion. Genes Dev. 24, 241-255 (2010).
  2. Grivennikov, S. I., Greten, F. R., Karin, M. Immunity, Inflammation, and Cancer. Cell. 140, 883-899 (2010).
  3. Mitchem, J. B., et al. Targeting tumor-infiltrating macrophages decreases tumor-initiating cells, relieves immunosuppression, and improves chemotherapeutic responses. Cancer Res. 73, 1128-1141 (2013).
  4. DeNardo, D. G., et al. Leukocyte Complexity Predicts Breast Cancer Survival and Functionally Regulates Response to Chemotherapy. Cancer Discov. 1, 54-67 (2011).
  5. Di Carlo, E., et al. The intriguing role of polymorphonuclear neutrophils in antitumor reactions. Blood. 97, 339-345 (2001).
  6. Kumar, V., Sharma, A. Neutrophils: Cinderella of innate immune system. Int. Immunopharmacol. 10, 1325-1334 (2010).
  7. Mantovani, A., Cassatella, M. A., Costantini, C., Jaillon, S. Neutrophils in the activation and regulation of innate and adaptive immunity. Nat. Rev. Immunol. 11, 519-531 (2011).
  8. Kelbaek, H. Sterile isolation of polymorphonuclear leukocytes from large blood volumes. J. Clin. Chem. Clin. Biochem. Z. FürKlin. Chem. Klin. Biochem. 23, 17-20 (1985).
  9. Aynaud, M. -. M., et al. Human Tribbles 3 protects nuclear DNA from cytidine deamination by APOBEC3A. J. Biol. Chem. 287, 39182-39192 (2012).
  10. Ziòłkowska, K., et al. Long-term three-dimensional cell culture and anticancer drug activity evaluation in a microfluidic chip. Biosens.Bioelectron. 40, 68-74 (2013).
  11. Eggleton, P., Gargan, R., Fisher, D. Rapid method for the isolation of neutrophils in high yield without the use of dextran or density gradient polymers. J. Immunol. Methods. 121, 105-113 (1989).
  12. Behnen, M., et al. Immobilized immune complexes induce neutrophil extracellular trap release by human neutrophil granulocytes via FcγRIIIB and Mac-1. J. Immunol. Baltim.Md 1950. 193, 1954-1965 (2014).
  13. Hirsch, G., Lavoie-Lamoureux, A., Beauchamp, G., Lavoie, J. -. P. Neutrophils are not less sensitive than other blood leukocytes to the genomic effects of glucocorticoids. PloS One. 7, 44606 (2012).
  14. Dorward, D. A., et al. Technical advance: autofluorescence-based sorting: rapid and nonperturbing isolation of ultrapure neutrophils to determine cytokine production. J. Leukoc. Biol. 94, 193-202 (2013).
  15. Swamydas, M., Lionakis, M. S. Isolation, Purification and Labeling of Mouse Bone Marrow Neutrophils for Functional Studies and Adoptive Transfer Experiments. J Vis Exp. , e50586 (2013).
  16. Scaife, H., Woldehiwet, Z., Hart, C. A., Edwards, S. W. Anaplasmaphagocytophilum reduces neutrophil apoptosis in vivo. Infect. Immun. 71, 1995-2001 (2003).
  17. Maianski, N. A., Maianski, A. N., Kuijpers, T. W., Roos, D. Apoptosis of neutrophils. ActaHaematol. 111, 56-66 (2004).
  18. Dalton, W. T., et al. HL-60 cell line was derived from a patient with FAB-M2 and not FAB-M3. Blood. 71, 242-247 (1988).
  19. Hogan, C., Kajita, M., Lawrenson, K., Fujita, Y. Interactions between normal and transformed epithelial cells: Their contributions to tumourigenesis. Int. J. Biochem. Cell Biol. 43, 496-503 (2011).
  20. Page, H., Flood, P., Reynaud, E. G. Three-dimensional tissue cultures: current trends and beyond. Cell Tissue Res. 352, 123-131 (2013).
  21. Mantovani, A. Macrophages, Neutrophils, and Cancer: A Double Edged Sword. New J. Sci. , 271940 (2014).
  22. Hanahan, D., Coussens, L. M. Accessories to the crime: functions of cells recruited to the tumor microenvironment. Cancer Cell. 3, 309-322 (2012).
  23. Shojaei, F., Ferrara, N. Refractoriness to antivascular endothelial growth factor treatment: role of myeloid cells. Cancer Res. 68, 5501-5504 (2008).
  24. Liang, J., et al. Neutrophils promote the malignant glioma phenotype through S100A4. Clin Cancer Res Off J Am Assoc Cancer Res. 20, 187-198 (2014).
  25. Teramukai, S., et al. Pretreatment neutrophil count as an independent prognostic factor in advanced non-small-cell lung cancer: an analysis of Japan Multinational Trial Organisation LC00-03. Eur. J. Cancer Oxf.Engl 1990. 45, 1950-1958 (2009).
  26. Zhu, Q., et al. The IL-6-STAT3 axis mediates a reciprocal crosstalk between cancer-derived mesenchymal stem cells and neutrophils to synergistically prompt gastric cancer progression. Cell Death Dis. 5, 1295 (2014).

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Cite This Article
Hirz, T., Dumontet, C. Neutrophil Isolation and Analysis to Determine their Role in Lymphoma Cell Sensitivity to Therapeutic Agents. J. Vis. Exp. (109), e53846, doi:10.3791/53846 (2016).

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