Summary

מבחני מבוסס זרימה שכבתית לחקור ליקוציט גיוס על תאים בתרבית וסקולרית, טסיות חסיד

Published: April 09, 2018
doi:

Summary

לויקוציטים בלהיטות אינטראקציה עם טסיות הדם והתאים כלי הדם לאחר פציעה קיר הספינה או בעת דלקת. כאן, אנו מתארים assay מבוסס זרימה שכבתית פשוטה כדי לאפיין את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס האינטראקציות בין לויקוציטים ושותפים הסלולר שלהם.

Abstract

הגיוס של לויקוציטים בעת פציעה או דלקת לאתרים של פציעה או נזק לרקמות נחקר במהלך העשורים האחרונים, הביא הרעיון של המפל אדהזיה ליקוציט. עם זאת, המנגנון המולקולרי המדויק מעורב ליקוציט גיוס לא עדיין מלא זוהו. מאז הגיוס ליקוציט נותר נושא חשוב בתחום של זיהום, דלקת, ומחקר (auto-) המערכת החיסונית, אנו מציגים assay מבוסס זרימה שכבתית פשוטה ללמוד מנגנונים הבסיסית של הדבקה, אדהזיה ולהשתחרר, ו גלגול של לויקוציטים תחת משטרים ורידים, עורקים זרימה. וזמינותו במבחנה ניתן ללמוד את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס האינטראקציות בין לויקוציטים ושותפים הסלולר שלהם במודלים שונים של דלקת בכלי הדם. פרוטוקול זה מתאר assay מבוסס זרימה שכבתית באמצעות תא במקביל זרימה במיקרוסקופ ניגוד שלב הפוכה מחובר מצלמה ללמוד את האינטראקציות של לויקוציטים, תאי אנדותל או טסיות הדם, אשר ניתן דמיינו הוקלט אז ניתח באופן לא מקוון. תאי אנדותל, טסיות דם או לויקוציטים יכול להיות pretreated עם מעכבי או נוגדנים כדי לקבוע את התפקיד של מולקולות ספציפיות בתהליך זה. הטיה תנאים, דהיינו עורקי או ורידי גזירה, ניתן להתאים בקלות על ידי צמיגות ו קצב זרימה של נוזלים perfused, ואת הגובה של הערוץ.

Introduction

על פציעה, דלקת או זיהום, לויקוציטים להגיב במהירות כדי פתוגן או נזק-הקשורים מולקולרית דפוסי (PAMPs, DAMPs), לשנות את מצב מופעל ועל העברת מחוץ לזרם הדם לאתרים של דלקת ברקמות נזק. היכולת של לויקוציטים לאינטראקציה עם הסביבה תאית ומולקולרית שלהם חיוני לתפקוד הנכון שלהם כמו תאים חיסוניים, כפי שמודגש על ידי הפרעות גנטיות כגון ליקוציט אדהזיה מחסור1. ליקוציט אדהזיה כבר הנושא של החקירה אינטנסיבי במהלך העשורים האחרונים, כתוצאה מכך הרעיון של המפל אדהזיה ליקוציט בתחילת שנות ה-902,3. אדהזיה ליקוציט הוא שיזם התפיסה בחירת שמלות בתיווך של לויקוציטים כדי אנדותל, גורם לתאים לגלגל על פני כלי הדם. זה מתגלגל מאפשר לויקוציטים לסריקה אנדותל מכורך רמזים נודדות, למשל, נוגדנים, אשר זירוז הפעלת אינטגרינים. לאחר מכן, הפעלת אינטגרינים מתווכים האיגוד על ליגנדים אנדותל, וכתוצאה מכך ליקוציט המשרד מעצר. לויקוציטים יכול לאחר מכן התכונן בורחת על ידי זוחלים והפצת, לפני חדירה של טפט אנדותל, transmigrating לתוך הרקמה הבסיסית. התפיסה הבסיסית של המפל ליקוציט הקנוני נשאר ברובו ללא שינוי מאז השקתו, עם מדרגות ביניים להוסיף4. ובכל זאת, את המנגנונים המולקולריים המדויק ואת התפקידים של השחקנים הרבים המעורבים ליקוציט הגיוס יש לא הובהרו עד כה, ונשאר גיוס ליקוציט מהווים נושא חשוב בתחום של זיהום, דלקת, ועמיד (auto) מחקר.

לדוגמה, במהלך מחלות דלקתיות בכלי הדם כגון טרשת עורקים, גדל ליקוציט גיוס לתוך התפתחות רובד כלי כוננים קיר. הפלאק טרשת עורקים לא יציב ייתכן קרע, מובילה להפעלה מסיבית של טסיות הדם, במערכת קרישת הדם, ולאחר מכן ל סגר של כלי השיט5. זה עלול לגרום לתוצאות לב וכלי דם חמורים כגון אוטם שריר הלב או שבץ מוחי. בנוסף, אנדותל חסיפה כפי שהיא מתרחשת קלינית, למשל לאחר סטנט של עורק כלילי, מוביל אל שפע של אינטראקציות של לויקוציטים, טסיות הפנים קיר הספינה החשוף (למשל, מטריקס רכיבים וחלקה. שרירים תאים) של לויקוציטים עם טסיות כיסוי הפגיעה בכלי הדם. אינטראקציות אלה חשובים להמשך פיתוח של המחלה כפי מונוציט-טסיות אינטראקציות שאסע neointima היווצרות6,7. בנוסף, טסיות-ליקוציט אינטראקציות מתווכת על-ידי ליקוציט אינטגרין Mac-1 (αMβ2), טסיות GPIbα לאחרונה זוהו מנהלי התקנים הרומן של פקקת עכברים8.

לאור זמינותו רחב של דם האדם ושל בעלי החיים כמקור של לויקוציטים ולבנים וטסיות דם עבור המחקר ואת הספקטרום הרחב של מטריקס מבודד מולקולות וקווים מונצחים תא של ליקוציט ולמקור כלי דם, זה ריאלי כדי לדמות ליקוציט אינטראקציות תחת זרימה בתוך מעבדה הגדרת, באמצעות זרימת שתוכנן במיוחד זלוף צ’יימברס. וריאציות רבות עוצבו העשורים האחרונים, החל מונחה ואקום ללשכה זלוף דביק. כל הווריאציות יש במשותף זה החלק משותק (למשל, בתרבית תאים וסקולרית או מטריצה חלבונים) התכנסה לתוך תא עמיד בפני נזילה גדול מאובזר עם ערוץ מוגדרים מראש ומאפשרת זלוף של נוזלים על החלק משותק. בנוסף, ההתקדמות שהמודעות הטכנולוגיה אפשרה פיתוח פתרונות התפורים מבוססת על פולימרים סיליקה9. צמיגות ואת קצב זרימה של נוזלים perfused, ואת הגובה של הערוץ בעיקר לקבוע מאפייני זרימה זלוף התקן10גזירה. במאמר זה, נציג של שיטת במבחנה ללמוד מנגנונים הבסיסית של הדבקה, דה- אדהזיה ולאחר גלגול של לויקוציטים תחת משטרים ורידים, עורקים זרימה. היתרון של השיטות המובאות כאן היא כי יכול להתבצע באמצעות מיקרוסקופ מחוברת זריחה נפוצות והם אינם מחייבים ניסויים בעל מיומנות טכנית גבוהה. וזמינותו במבחנה ניתן לטפל בדרכים רבות (למשל, על-ידי הוספת מעכבי או חסימת נוגדנים), ולכן הרלוונטיים במודלים שונים של דלקת כלי הדם ואת מאפשר החקירה של אדהזיה חלבון פונקציות או הערכה של תרכובות ייעודיות.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי רפואית אתית ועל בעלי חיים אתיים לוחות של מאסטריכט האוניברסיטה. 1. מבוססת זרימה Assay עם תאים אנושיים בידוד של טסיות הדם האנושי דם ורידי ב קרישה ציטראט (3.2%). להוסיף 1/15 נפח של חומצה ציטראט דקסטרוז (ACD: ציטראט trisodium 80 מ מ, ?…

Representative Results

ללמוד אנדותל-ליקוציט אדהזיה, שכותרתו fluorescently תאים THP-1 היו perfused על טפט אנדותל TNFα – או אי-גירוי למשך 2 דקות-דיין 3/ס מ2. המספר הכולל של תאים monocytic חסיד נקבע לאחר 2 דקות של זלוף על-ידי לכידתו 6 שדות עצמאית על פני תקופה של 2-6 דקות. התאים חסיד היו לכמת לפחות 6 תמונות שנתפסו עם מיק?…

Discussion

זה וזמינותו במבחנה היא שיטה פשוטה כדי לחקור מנגנונים הבסיסית של ליקוציט הגיוס בעת דלקת כלי הדם, אבל יש כמה נקודות קריטיות שיירשמו. הדרישה הראשונה לביצוע בהצלחה assay הזה הוא זלוף של לויקוציטים ללא פגע, confluent וסקולרית או טסיות טפט. זו יכולה להיות מושגת על ידי מוקדמת ציפוי של המשטחים עם קול…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

אנו מודים ד”ר מרטין מ שמיט, קו Fraemohs. עבודה זו נתמכה על ידי קרן הולנד למחקר מדעי (אני אגיד להם ZonMW 016.126.358 לנדשטיינר קרן למחקר עירוי דם (LSBR Nr. 1638), פתוח (SFB1123/A2) הוענק R.R.K.

Materials

Inverted fluorescence microscope e.g. EVOS-FL Life Technologies Europe bv
Pump e.g. model: 210-CE  world precision instruments 78-9210W
Falcon 35 mm TC-Treated Easy-Grip Style Cell Culture Dish corning 353001
50 mL syringe Becton Dickinson 300137
Silicone tubing  VWR 228-0700
Elbow Luer Connector Male Ibidi 10802
Female Luer Lock Coupler Ibidi 10823
Flow chamber University Hospital RWTH Aachen Patent DE10328277A1: Baltus T, Dautzenberg R, Weber CPD. Strömungskammer zur in-vitro-Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen. 2005. 
Ibidi sticky slide VI 0.4 Ibidi 80608
Coverslips for sticky slides  Ibidi 10812
Collagen Type I, rat tail Life Technologies Europe bv A1048301
Recombinant Human TNF-α Peprotech 300-01A
Thrombin Receptor Activator for Peptide 6 (TRAP – 6) Anaspec / Eurogentec 24191
SYTO 13 green fluorescent nucleic acid stain Life Technologies Europe bv S7575
Hanks’ Balanced Salt Solution 10x Sigma-Aldrich Chemie H4641
HEPES buffer solution 1M, liquid Life Technologies Europe bv 15630049
BUMINATE Albumin, 25%  Baxter 60010
Water for injection B. Braun 3624315
Calcium chloride dihydrate Merck 102382 
Magnesium chloride hexahydrate  Sigma-Aldrich Chemie M2670
Apyrase Sigma-Aldrich Chemie A6535
Primary Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVEC) Promocell GmbH C-12203
Endothelial Cell Growth Medium (Ready-to-use) Promocell GmbH C-22010
Primary Human Aortic Endothelial Cells (HAoEC) ATCC  PCS-100-011
Vascular Cell Basal Medium  ATCC PCS-100-030
Endothelial Cell Growth Kit-BBE ATCC PCS-100-040
Primary Human Aortic Smooth Muscle Cells (HAoSMC) ATCC PCS-100-012
Vascular Smooth Muscle Cell Growth Kit ATCC PCS-100-042
Human endothelial cell line, EA.hy926 ATCC CRL-2922
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) ATCC 30-2002
Mouse endothelial cell line, SV 40 transformed (SVEC4-10) ATCC CRL-2181
Human Monocytic cell line, THP-1 DSMZ ACC-16
RPMI 1640 with Ultra-Glutamine Lonza BE12-702F/U1
Mouse monocyte/macrophage RAW264.7 ATCC TIB-71
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), high glucose Gibco 11965092
Accutase Promocell GmbH C-41310
Percoll Sigma-Aldrich Chemie P1644
Histopaque 1119 Sigma-Aldrich Chemie 11191
10x PBS Life Technologies Europe bv 14200075
BD Vacutainer Plastic Blood Collection Tubes with Sodium Heparin Becton Dickinson 367876
VACUETTE TUBE 9 ml 9NC Coagulation sodium citrate 3.2%  Greiner Bio 455322
HCl/EtOH mixture (1.2 mol/L HCl and 50% ethanol) in water Sigma-Aldrich Chemie Prepare by mixing 0.3L HCl (4 mol/L) with 0.7L of 70% v/v ethanol in a fume hood

References

  1. Dinauer, M. C. Primary immune deficiencies with defects in neutrophil function. American Society of Hematology. 2016 (1), 43-50 (2016).
  2. Butcher, E. C. Leukocyte-endothelial cell recognition: three (or more) steps to specificity and diversity. Cell. 67 (6), 1033-1036 (1991).
  3. Springer, T. A. Traffic signals for lymphocyte recirculation and leukocyte emigration: the multistep paradigm. Cell. 76 (2), 301-314 (1994).
  4. Nourshargh, S., Alon, R. Leukocyte migration into inflamed tissues. Immunity. 41 (5), 694-707 (2014).
  5. Legein, B., Temmerman, L., Biessen, E. A. L., Lutgens, E. Inflammation and immune system interactions in atherosclerosis. Cellular and Molecular Life Sciences. 70 (20), 3847-3869 (2013).
  6. Wang, Y., Sakuma, M., et al. Leukocyte engagement of platelet glycoprotein Ibalpha via the integrin Mac-1 is critical for the biological response to vascular injury. Circulation. 112 (19), 2993-3000 (2005).
  7. Zhao, Z., Vajen, T., et al. Deletion of junctional adhesion molecule A from platelets increases early-stage neointima formation after wire injury in hyperlipidemic mice. Journal of cellular and molecular medicine. , (2017).
  8. Wang, Y., Gao, H., et al. Leukocyte integrin Mac-1 regulates thrombosis via interaction with platelet GPIbα. Nature communications. 8, 15559 (2017).
  9. Fujii, T. PDMS-based microfluidic devices for biomedical applications. Microelectronic Engineering. 61-62, 907-914 (2002).
  10. Son, Y. Determination of shear viscosity and shear rate from pressure drop and flow rate relationship in a rectangular channel. Polymer. 48 (2), 632-637 (2007).
  11. Brinkmann, V., Laube, B., Abu Abed, U., Goosmann, C., Zychlinsky, A. Neutrophil extracellular traps: how to generate and visualize them. Journal of visualized experiments : JoVE. (36), e1724 (2010).
  12. Swamydas, M., Lionakis, M. S. Isolation, purification and labeling of mouse bone marrow neutrophils for functional studies and adoptive transfer experiments. Journal of visualized experiments : JoVE. (77), e50586 (2013).
  13. Schmitt, M. M. N., Megens, R. T. A., et al. Endothelial junctional adhesion molecule-a guides monocytes into flow-dependent predilection sites of atherosclerosis. Circulation. 129 (1), 66-76 (2014).

Play Video

Cite This Article
Vajen, T., Heinzmann, A. C., Dickhout, A., Zhao, Z., Nagy, M., Heemskerk, J. W., Koenen, R. R. Laminar Flow-based Assays to Investigate Leukocyte Recruitment on Cultured Vascular Cells and Adherent Platelets. J. Vis. Exp. (134), e57009, doi:10.3791/57009 (2018).

View Video