Presentiamo un protocollo semplice ed efficiente per la generazione di macrofagi umani. Buffy coats sono trattati con doppia centrifugazione in gradiente di densità e monociti isolati sono poi differenziate a macrofagi in sacchi di coltura cellulare teflonato. Questo massimizza i rendimenti macrofagi e facilita la raccolta di cellule per esperimenti successivi.
Macrofagi umani sono coinvolti in una miriade di processi patologici che vanno dalle malattie infettive al cancro. Così essi rappresentano un valido strumento per comprendere i meccanismi alla base di queste malattie. Pertanto presentiamo un protocollo semplice per l'isolamento di monociti umani da buffy coat, seguita da una procedura di differenziazione che si traduce in rese elevate macrofagi. La tecnica si basa principalmente su apparecchiature di laboratorio comunemente disponibili e, quindi, fornisce un modo conveniente e tempo effettivo di ottenere grandi quantità di macrofagi umani. Brevemente, buffy coat di donatori di sangue sani sono sottoposti ad un doppio gradiente di densità centrifugazione per raccogliere monociti dal sangue periferico. Questi monociti sono poi coltivate in fluorurati etilene propilene (FEP) teflonato borse di colture cellulari in presenza di macrofagi fattore stimolante le colonie (M-CSF). I macrofagi differenziati possono essere facilmente raccolti e utilizzati per successivi studi e funzionaledice. Metodi importanti per il controllo della qualità e la convalida dei passi isolamento e la differenziazione verranno evidenziate all'interno del protocollo. In sintesi, il protocollo qui descritto consente agli scienziati di isolare routine e riproducibile macrofagi umani senza la necessità di utensili cost intensiva. Inoltre, modelli di malattia possono essere studiati in un sistema umano singenico eludere l'uso di macrofagi murini.
Le cellule del lignaggio monociti e loro terminalmente differenziate derivati - macrofagi – mostrano una plasticità sorprendente in relazione alla loro funzione biologica, che porta alla loro coinvolgimento in tali processi diversi come lo sviluppo, la riparazione dei tessuti, e l'immunità 1. Quest'ultima è dovuta alla loro fagocitosi e la capacità presentanti l'antigene che pone i macrofagi al crocevia tra la risposta immunitaria innata e adattiva 2. Tuttavia, la loro capacità di secernere citochine, chemochine, fattori di crescita e altre molecole di segnalazione 1 aumenta non solo la loro funzione immuno-modulante, ma serve anche come base per le loro funzioni aggiuntive. I tentativi di rispecchiare questi passaggi di attivazione diversi nel contesto di non-microbiche condizioni mediate hanno provocato la M1 e M2 categorie 3. Anche se questa classificazione non è completa, permette una comprensione di base di biologia dei macrofagi.
A causa di queste capacità poliedriche si tratta come nessuna sorpresa che i macrofagi sono associati a molte condizioni che in qualche modo coinvolgono rimodellamento tissutale o infiammazione. Accanto al loro ruolo fondamentale nel riconoscimento e liquidazione dei patogeni invasori 4-6, i macrofagi hanno dato ampio risalto in aterosclerosi, fibrosi, obesità, cancro e 7-10. Un metodo riproducibile per la generazione di macrofagi umani è pertanto essenziale per la comprensione di queste patologie. Presentiamo qui un metodo basato sull'isolamento di monociti umani da sangue periferico di donatori sani da una doppia tecnica di centrifugazione in gradiente di densità come descritto in precedenza 11. Per facilitare la differenziazione verso macrofagi, le cellule monociti isolati vengono incubate in presenza di basse concentrazioni di M-CSF e siero umano normale 12. Per facilitare ulteriormente la movimentazione e la raccolta delle cellule, differenziazione avviene in gas permeabile FEPBorse di coltura cellulare in teflon rivestito con una superficie idrofoba 12-15. Le risultanti macrofagi riposo possono essere sottoposti ad una vasta gamma di analisi in quanto sono ancora in grado di rispondere in maniera sia M1 o M2-like. Metodi alternativi di isolamento monociti e la successiva differenziazione quali magnetica delle cellule attivate smistamento (MACS) o controcorrente elutriazione centrifuga (CCE) hanno alcune limitazioni per quanto riguarda la resa, costi e tempi necessari. Il protocollo qui descritto offre il vantaggio di poter essere effettuata con apparecchiature di laboratorio standard senza la necessità di reagenti speciali (per esempio, MACS sfere magnetiche) o dispositivi (ad esempio, apparecchi CCE) e permette l'elaborazione di grandi quantità di cellule.
I macrofagi sono importanti cellule effettrici del sistema immunitario innato e visualizzare funzioni importanti nel immunomodulazione, presentazione dell'antigene e l'omeostasi tissutale. Grazie alla loro notevole plasticità, sono in grado di rispondere a stimoli diversi con variazioni del loro fenotipo. Tuttavia, finora molti dati riguardanti macrofagi polarizzazione si ottengono nel sistema murino, anche se ci sono rapporti che mostrano che solo circa il 50% dei marcatori di polarizzazione dei macrofagi può essere tradotto direttamente dal mouse umana 16. Pertanto, presentiamo qui un metodo per ottenere macrofagi umani primari in numero e purezza sufficiente senza la necessità di materiali costosi, ad esempio, MACS biglie magnetiche o un dispositivo elutriazione centrifuga controcorrente.
Sacchi di coltura cellulare nostro metodo si basa sul l'isolamento di monociti da PBMC e la loro successiva differenziazione di macrofagi nel FEP teflonato in presenza di bassa concentrations di M-CSF 11-13. Mentre monociti costituiscono meno del 5 al 10% dei leucociti del sangue periferico negli esseri umani, in seguito a stimolazione vengono reclutati per siti periferici dove si differenziano a macrofagi tissutali residenti o cellule dendritiche 17. La citochina M-CSF è importante per la sopravvivenza dei monociti e guida la loro differenziazione a macrofagi 18,19. Finora, le concentrazioni M-CSF, che sono stati scelti per la differenziazione dei monociti variava fino a 100 ng / ml, però, nel nostro protocollo, siamo in grado di ottenere un numero sufficiente di macrofagi maturi con una concentrazione M-CSF di soli 2,5 ng / ml 12 , 20. Inoltre, le cellule sono coltivate in FEP rivestiti in teflon sacchi di coltura cellulare che facilitano il distacco dei macrofagi e la loro successiva semina nel numero di cellule definite. Poiché i sacchetti possono essere riutilizzati più volte, ciò riduce ulteriormente i costi per il processo di isolamento.
I macrofagi ottenuti con tale procedurasono molto positivo per CD45, CD14, CD11b, CD11c e mostra espressione del CD206 recettore del mannosio, che sostiene la necessità di una popolazione di puri, macrofagi maturi 21,22. Particolarmente elevata espressione CD14 è tipico di macrofagi differenziati in presenza di M-CSF 23. Dopo la semina delle cellule, mostrano un facile aderenza alle superfici di plastica con alcune cellule mostrano una tipica morfologia mandrino-simili, mentre altri mostrano un fenotipo uovo fritto. Ciò è in accordo con le osservazioni da altri autori 18,22,24.
E 'stato riferito che la differenziazione dei monociti in presenza di M-CSF porta a macrofagi M2-polarizzati 16,25. Tuttavia, i macrofagi isolati dal nostro protocollo sono ancora in grado di rispondere ad una vasta gamma di stimoli, tra cui l'esposizione a microvescicole derivati dalle cellule tumorali e di co-coltura con cellule tumorali 26,27 o l'esposizione a LPS a cui reagiscono con induzione di pro geni infiammatorie come IL-1 &# 946 ;, TNFa, Wnt5a, o varie metalloproteinasi della matrice che sono considerati tipici per i macrofagi M1-polarizzati 3,5,28.
In conclusione, l'isolamento di monociti di doppio gradiente di densità centrifugazione e successiva differenziazione verso macrofagi in FEP rivestiti in teflon coltura cellulare sacchetti risultati in un alto numero di macrofagi, senza la necessità di procedure tecnicamente difficile o costoso. I macrofagi ottenuti possono essere utilizzati per la successiva analisi vanno dalla classica attivazione tramite LPS alla co-coltura con cellule tumorali.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori desiderano ringraziare la signora Meike Schaffrinski per lei sempre eccellente assistenza tecnica durante gli ultimi anni.
Questo lavoro è stato finanziato attraverso il Consiglio tedesco per la ricerca (DFG) all'interno del gruppo di ricerca congiunto 942 (FOR942) e dal Programma di Ricerca della Facoltà di Medicina, Georg-August-Universität Göttingen.
antibodies for immunophenotyping | Beckman Coulter | for example: CD11c-PE (IM1760), CD45-FITC (7782), IgG1-PE isotype control (A07796), IgG1-FITC isotype control (A07795) | |
BioLegends | for example: CD14-FITC (325603), CD206-PE (321105) | ||
Axiovert 200M microscope | Zeiss | ||
calcein-AM | AnaSpec | 89201 | |
combi-stopper closing cones | Braun | 4495101 | |
1x PBS, w/o Ca and Mg | Pan biotech | P04-36500 | for PBS-EDTA (1 mM) add 1 ml 0,5 M EDTA per 500ml PBS |
10x PBS, w/o Ca and Mg | Invitrogen | 14200-067 | |
EDTA (Titriplex III) | Merck | 1084211000 | prepare a 0,5 M solution in H2O, use a sterile filter |
cell dissociation buffer (enzyme-free, PBS-based) | Gibco | 13151-014 | |
Fetal calf serum (FCS) | Invitrogen | 10091148 | heat-inactivated |
Ficoll (density 1.077g/ml) | Biochrom AG | L6115 | |
FACSCanto II | BD Biosciences | ||
goat anti-mouse FITC | santa cruz | sc-2010 | |
LPS from E.coli | Sigma | L8274 | final conc: 100 ng/ml |
Multifuge 3 L-R | Heraeus | ||
Penicillin/streptomycin | Biochrom AG | A2213 | |
Percoll (density 1,131g/ml) | GE Healthcare | 17-0891-02 | |
Perfusor syringe 50ml | Braun | 8728844F | |
Phalloidin-TRITC | Sigma | P1951 | resuspend in methanol (c = 0,1 mg/ml) |
Plastic Disposable Pasteur Pipettes | LVL technologies | 2655181 | |
rh M-CSF | ImmunoTools | 11343117 | Resuspend in 500µl sterile H2O (c = 100 ng/µl), aliquot |
RPMI-1640 with Phenol Red | Gibco | 21875-034 | |
RPMI-1640 without Phenol Red | Gibco | 11835-063 | |
sterilization paper | VP group | 3KFKFS230116 | |
Trypan Blue stain (0,4% w/v) | Sigma | T8154 | |
FEP Teflon-coated cell culture bag, small | CellGenix | 72-C | |
FEP Teflon-coated cell culture bag, large | CellGenix | 197-C |