Summary

新生小鼠骨髓分离和骨髓来源巨噬细胞的制备

Published: May 24, 2024
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Summary

该方案描述了一种非酶和直接的方法,用于分离 7-9 日龄的新生小鼠骨髓细胞,并使用 L929 细胞的上清液作为粒细胞集落刺激因子 (M-CSF) 的来源来产生分化的巨噬细胞。进一步分析骨髓来源的巨噬细胞表面抗原 F4/80 、 CD206 、 CD11b 和功能能力。

Abstract

从成年小鼠中分离骨髓的各种技术已经得到广泛确立。然而,从新生小鼠中分离骨髓具有挑战性且耗时,但对于某些模型来说,它在翻译上是相关和必要的。该方案描述了一种从 7-9 日龄幼崽制备骨髓细胞的有效且直接的方法。然后,这些细胞可以进一步分离或分化为感兴趣的特定细胞类型。巨噬细胞是重要的免疫细胞,在炎症和感染中起主要作用。在发育过程中,新生儿巨噬细胞对组织重塑有显著贡献。此外,新生儿巨噬细胞的表型和功能与成年巨噬细胞不同。该方案还概述了在 L929 条件培养基存在下新生儿巨噬细胞与分离骨髓细胞的分化。使用流式细胞术分析评估分化新生儿巨噬细胞的表面标志物。为了证明功能,还使用 pH 敏感染料偶联的大 肠杆菌测试了吞噬效率。

Introduction

骨髓包含造血干细胞群和间充质干细胞群,这些细胞群是自我更新的,可以分化成各种细胞谱系。骨髓中的造血干细胞产生骨髓和淋巴谱系1。间充质干细胞产生成骨细胞(骨骼)、脂肪细胞(脂肪)或软骨细胞(软骨)2。这些细胞在细胞生物学和组织工程领域有多种应用,包括基因治疗 3,4。存在于骨髓中的祖细胞在谱系特异性生长因子存在的情况下分化成特定的细胞类型。促红细胞生成素促进红细胞祖细胞的增殖,粒细胞集落刺激因子 (G-CSF) 刺激中性粒细胞集落的生长,血小板生成素调节血小板的产生,这是谱系特异性生长因子的几个例子5。细胞表面抗原标记的 FACS 和磁激活细胞分选 (MACS) 是分离和纯化特定骨髓来源细胞类型的成熟方法6

尽管新生儿研究正在朝着寻找新生儿死亡原因和解决早产并发症的方向发展,但直接治疗开发仍然是一个未得到满足的医疗需求。Smith 和 Davis 表示,“儿科患者仍然是治疗性孤儿”7。在新生儿临床研究中,获得同意存在一些挑战,例如样本小、结果的终生影响以及获得同意的伦理问题8.因此,对特定于新生儿的 体内体外 研究模型以实现转化相关性的需求很高。由于解剖水平和组织水平之间的相似性、较短的妊娠期和窝产仔数,啮齿动物是研究最多的哺乳动物模型系统。

在这里,我们描述了一种详细的、高度可行的和可重复的程序,用于从 7-9 日龄的小鼠幼崽中分离骨髓及其分化为巨噬细胞的能力。然而,通过使用不同的分化信号,可以实现多种细胞谱系。我们还证明了细胞表面标志物的存在以及骨髓来源的巨噬细胞 (BMDM) 预期的 体外 吞噬活性的存在。

Protocol

所有程序均由西弗吉尼亚州机构动物护理和使用委员会批准,并按照国家研究委员会的《实验动物护理和使用指南》的建议进行。本研究使用 C57BL/6J 小鼠幼崽。材料 表中列出了所有使用的试剂和设备的详细信息。 1. 培养基制备 在 5 mL 离心管中制备 3 mL 补充有 10% FBS、2 mM 谷氨酰胺、25 mM HEPES 和青霉素 (100 U/mL)/链霉素 (100 μg/mL) 的 MEM 培?…

Representative Results

使用本研究中概述的方法,可以从 5 只 C57BL/6 小鼠幼崽的窝产仔数中成功分离 25 至 3700 万个骨髓细胞。这种方法已在 5 到 7 只幼崽的窝产仔数中得到验证。在我们的实验中,隔离的最低年龄为 7 天。根据窝产仔数和实验所需的细胞数量少于 100 万,研究人员可以对 7 天以下的小鼠尝试此方案。在作为 M-CSF 来源的 L929 细胞上清液存在下,骨髓细胞在 5 天内分化成巨噬细胞(图 2</stron…

Discussion

涉及新生小鼠模型的研究可能会带来许多挑战。与成人相比,新生儿的免疫系统发育中是独一无二的8。因此,不应假设从成年动物模型生成的数据适用于新生儿,几篇已发表的著作已经很好地阐明了这一想法18,19。因此,新生儿特异性模型和细胞来源对于研究早期免疫反应的复杂性是必要的。然而,由于新生小鼠的大小、敏感性和脆?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项工作得到了美国国立卫生研究院 [R01 AI163333] 对 CMR 的支持。我们感谢以下赠款为西弗吉尼亚大学流式细胞术和单细胞核心设施提供的额外资金支持:WV CTSI 赠款 GM104942、肿瘤微环境 CoBRE 赠款 GM121322 和 NIH 赠款 OD016165。

Materials

40 µm strainer Greiner 542040 Cell culture
96 well round (U) bottom plate Thermo Scientific 12-565-65 Cell culture
Anti-mouse CD11b-BV786 BD Biosciences 740861 FACS analysis
Anti-mouse CD206-Alexa Fluor488 BD Biosciences 141709 FACS analysis
Anti-mouse F4/80-PE BD Biosciences 565410 FACS analysis
Countess3 Thermo Scientific TSI-C3ACC Automated cell counter
DMEM Hyclone SH30022.01 Cell culture
DMSO VWR WN182 Cell culture
DPBS, 1x Corning 21-031-CV Cell culture
Escherichia coli O1:K1:H7 ATCC 11775 Infection
EVOS FL  Invitrogen 12-563-649 Cell Imaging System 
FBS Avantor  76419-584 Cell culture
FluoroBright BMDM Thermo fisher Scientific A1896701 Dye free culture media
Glutamine Cytiva SH30034.01 Cell culture
HEPES Cytiva SH30237.01 Cell culture
L-929 ATCC Differentiation
LSRFortessa Becton Dickinson Flowcytometer
Lysotracker red DND 99 Invitrogen L7528 Fluorescent dye
MEM Corning 15-010-CV Cell culture
Penicillin /streptomycin  Hyclone SV30010 Cell culture
pHrodo green STP ester  Invitrogen P35369 Fluorescent dye
T75 flask Cell star 658170 Cell culture
Trypsin-EDTA Gibco 25300120 Cell culture
Zeiss 710  Zeiss P20GM103434 Confocal

References

  1. Lucas, D. Structural organization of the bone marrow and its role in hematopoiesis. Curr Opin Hematol. 28 (1), 36-42 (2021).
  2. Deb, A. How stem cells turn into bone and fat. N Engl J Med. 380 (23), 2268-2270 (2019).
  3. Lin, H., Sohn, J., Shen, H., Langhans, M. T., Tuan, R. S. Bone marrow mesenchymal stem cells: Aging and tissue engineering applications to enhance bone healing. Biomaterials. 203, 96-110 (2019).
  4. Soleimani, M., Nadri, S. A protocol for isolation and culture of mesenchymal stem cells from mouse bone marrow. Nat Protoc. 4 (1), 102-106 (2009).
  5. Kaushansky, K. Lineage-specific hematopoietic growth factors. N Engl J Med. 354 (19), 2034-2045 (2006).
  6. Huang, S., et al. An improved protocol for isolation and culture of mesenchymal stem cells from mouse bone marrow. J Orthop Translat. 3 (1), 26-33 (2015).
  7. Smith, A. M., Davis, J. M. Challenges and opportunities to enhance global drug development in neonates. Curr Opin Pediatr. 29 (2), 149-152 (2017).
  8. Lagler, F. B., Hirschfeld, S., Kindblom, J. M. Challenges in clinical trials for children and young people. Arch Dis Child. 106 (4), 321-325 (2021).
  9. Heap, R. E., et al. Proteomics characterization of the L929 cell supernatant and its role in BMDM differentiation. Life Sci Alliance. 4 (6), 202000957 (2021).
  10. Weischenfeldt, J., Bone Porse, B. marrow-derived macrophages (BMM): Isolation and Applications. CSH Protoc. 2008, (2008).
  11. Goncalves, R., Kaliff Teofilo Murta, G., Aparecidade de Souza, I., Mosser, D. M. Isolation and culture of bone marrow-derived macrophages from mice. J Vis Exp. (196), e64566 (2023).
  12. Perfetto, S. P., et al. Amine reactive dyes: An effective tool to discriminate live and dead cells in polychromatic flow cytometry. J Immunol Methods. 313 (1-2), 199-208 (2006).
  13. Springer, T., Galfre, G., Secher, D. S., Milstein, C. Mac-1: A macrophage differentiation antigen identified by monoclonal antibody. Eur J Immunol. 9 (4), 301-306 (1979).
  14. Austyn, J. M., Gordon, S. F4/80, a monoclonal antibody directed specifically against the mouse macrophage. Eur J Immunol. 11 (10), 805-815 (1981).
  15. Akbarshahi, H., Menzel, M., Posaric Bauden, M., Rosendahl, A., Andersson, R. Enrichment of murine CD68+ CCR2+ and CD68+ CD206+ lung macrophages in acute pancreatitis-associated acute lung injury. PLoS One. 7 (10), e42654 (2012).
  16. Yao, Y., Xu, X. H., Jin, L. Macrophage polarization in physiological and pathological pregnancy. Front Immunol. 10, 792 (2019).
  17. Lu, L., et al. Differential expression of CD11c defines two types of tissue-resident macrophages with different origins in steady-state salivary glands. Sci Rep. 12 (1), 931 (2022).
  18. Harbeson, D., Ben-Othman, R., Amenyogbe, N., Kollmann, T. R. Outgrowing the immaturity myth: The cost of defending from neonatal infectious disease. Front Immunol. 9, 1077 (2018).
  19. Kollmann, T. R., Kampmann, B., Mazmanian, S. K., Marchant, A., Levy, O. Protecting the newborn and young infant from infectious diseases: Lessons from immune ontogeny. Immunity. 46 (3), 350-363 (2017).
  20. Loopmans, S., Stockmans, I., Carmeliet, G., Stegen, S. Isolation and in vitro characterization of murine young-adult long bone skeletal progenitors. Front Endocrinol (Lausanne). 13, 930358 (2022).
  21. Winterberg, T., et al. Distinct phenotypic features of neonatal murine macrophages). Eur J Immunol. 45 (1), 214-224 (2015).
  22. de Brito Monteiro, L., et al. M-CSF- and L929-derived macrophages present distinct metabolic profiles with similar inflammatory outcomes. Immunobiology. 225 (3), 151935 (2020).

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Cite This Article
Annamanedi, M., Vance, J. K., Robinson, C. M. Neonatal Mouse Bone Marrow Isolation and Preparation of Bone Marrow-Derived Macrophages. J. Vis. Exp. (207), e66613, doi:10.3791/66613 (2024).

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