Dette papir beskriver en fremgangsmåde til måling alloreaktivitet i en blandet population af T-celler under anvendelse af billeddannelse flowcytometri.
Målingen af immunologisk reaktivitet til donorantigener i transplantatmodtagere sandsynligvis er afgørende for en vellykket reduktion eller tilbagetrækning af immunosuppression. Den blandede leukocyt-reaktion (MLR), med begrænsende fortynding assays og trans-vivo forsinket hypersensitivitet (DTH) assay er alle blevet anvendt på dette spørgsmål, men disse fremgangsmåder har begrænset prædiktiv evne og / eller betydelige praktiske begrænsninger, som mindsker deres anvendelighed. Billeddannelse flowcytometri er en teknik, der kombinerer de multiparametric kvantitative beføjelser flowcytometri med de billeddannende evner fluorescensmikroskopi. Vi har for nylig gjort brug af et billeddannende flowcytometri tilgang til at definere andelen af recipient-T-celler i stand til at danne modne immune synapser med donor antigenpræsenterende celler (APC'er). Under anvendelse af en velkarakteriseret muse hjertetransplantatmodel har vi vist, at hyppigheden af in vitro immune synapser blandt T-APC Membrane kontakt begivenheder stærkt forudsagt allotransplantat resultat i afvisning, tolerance og en situation, hvor transplantation overlevelse afhænger af inducerede regulatoriske T-celler. Frekvensen af T-APC kontakter forøget med T-celler fra mus under akut afstødning og faldt med T-celler fra mus afsmeltet reagerer på alloantigen. Tilsætningen af regulatoriske T-celler til in vitro-systemet reducerede forlængede T-APC kontakter. Kritisk, blev denne effekt også ses med humant polyklonalt ekspanderet, naturligt forekommende regulatoriske T-celler, som er kendt for at kontrollere afvisning af humane væv i humaniserede musemodeller. Videreudvikling af denne fremgangsmåde kan give mulighed for en dybere karakterisering af alloreaktive T-celle rum i transplanterede patienter. I fremtiden, kan yderligere udvikling og evaluering af denne fremgangsmåde under anvendelse af humane celler danne grundlag for assays, der anvendes til at udvælge patienter for immunosuppression minimering, og det kan anvendes til at måle virkningen af tolerogenic behandlinger i klinikken.
Organtransplantation har forvandlet pleje af patienter med terminal fase sygdomme i nyre, lever, hjerte og lunger. Grund af forskelligheden i større og mindre histokompatibilitetsantigener imidlertid allotransplantater omgående afvist af recipient-T-celler, hvis der ikke anvendes immunsuppressive lægemidler. Disse agenter har mange bivirkninger, herunder risici for kræft og organsvigt. Et stort klinisk mål er derfor at sænke dosis af immunosuppression til det minimum, der kræves for at forhindre afstødning. Dette niveau kan variere afhængig af graden af aktivering af det medfødte immunsystem; graden af donor-recipient alloantigen mismatch; og inter-patient forskelle i immunforsvaret, farmakokinetik og farmakodynamik.
Desværre har transplanterede klinikere ikke nogen værktøjer til præcist at vurdere donor reaktivitet i individuelle patienter 1. den blandedeleukocyt-reaktion (MLR) kan detektere donor reaktivitet, men den ikke pålidelige skøn graft udfaldet 2, 3. Begrænsende fortynding assays, cytokine ELISPOTs og trans-vivo-assay enten måle en begrænset række svar eller ikke er praktisk 4, 5, 6, 7, 8 .Gene ekspressionsprofiler har afsløret signaturer relateret til operationel tolerance 9, 10, 11, 12 og afvisning 13, 14, 15, men disse er ikke altid generaliseres tværs populationer 16 og kan i sidste ende har begrænset anvendelighed i individuelle patienter. Sekvens-baserede anases af T-cellereceptoren (TCR) af T-celler i det perifere blod 17 eller prolifererende i MLR 18 er også blevet udviklet, men kræver yderligere validering.
Begrebsmæssigt ville det være ønskeligt at have et assay, der påviser de tidligste nødvendige foranstaltninger i modtagerens T-celleaktivering ved en donor antigen. Eftersom dyrkning af celler over dage (som i MLR) kan introducere artefakter, ville en sådan test ideelt set ikke kræver måling af nedstrøms begivenheder, såsom proliferation eller effektorfunktion. Lige, men det ville også være ønskeligt, at testen afhænge et element af T-cellefunktion, da rent beskrivende vurderinger (Fx TCR-sekventering) kan være ude af stand til at skelne mellem anerge og funktionelle T-celler.
Talrige studier har indikeret, at langvarig T-APC kontakt er nødvendig for dannelsen af en immun synapse, hvilket er et væsentligt førstetræde i T-celle-respons 19, 20, 21, 22. Vi rapporteret for nylig, at, under dynamisk in vitro tid bortfalder billeddannelse, ca. 5 – 10% af muse CD4 + T celler danner langvarige kontakter med allogen knoglemarvsafledte dendritiske celler (BMDCs) 23. Hyppigheden af længerevarende kontakt blev forøget i dyr, der forkastede en graft, hvor det tidligere i mus gjort tolerante til de samme antigener, forblev på et niveau set i utransplanteret mus 23. Langvarig interaktioner blev reduceret i nærvær af modtageren tregs og forøget i deres fravær, og vi observeret lignende fænomener anvendelse af humane T-celler og allogene monocytafledte DC'er (MoDCs) 23.
Imidlertid tælling af forlængede kontakter foretages inden for en polyklonal T-celle population er tidskrævende og arbejdskrævende. Vi gjorde derfor brug af billedbehandling flowcytometri til at undersøge allogen immun synapse dannelse. Billeddannelse flowcytometri inkorporerer multiparametric indsamling og analyse af data kapaciteter af konventionel flowcytometri med de encellede billeddannende evner fluorescensmikroskopi. Denne teknik er blevet anvendt af andre forskere til at studere immun synapsedannelse af monoklonale T-celler 24, 26, 27 eller i nærvær af superantigener 28. I sådanne indstillinger imidlertid frekvensen af responderende T-celler varierer 30-100%, mens alloreaktive T-celler generelt skønnes at udgøre 5-15% af den totale T-celle-repertoire 29, 30, 31, 32. Vigtigst viste vi, at billeddannelse flowcytometri kan producere avery sammenligneligt mål for alloreaktive T-celle frekvens 23 og at ændringer i synapsen frekvens inden for en polyklonal T-celle population er prædikative for graft resultat 23. Øjeblikket, har denne fremgangsmåde blevet optimeret til at måle direkte alloreaktivitet af CD4 + T-celler, men i princippet kan det også blive udviklet til at undersøge CD8 + T-celler og den indirekte vej. Indirekte alloreaktivitet menes at blive mere og mere relevant på længere tider efter transplantation 33. Vi er ved at udvikle denne metode til at bruge humane celler, hvilket vil give mulighed for at teste i patienter. Således i fremtiden, kan den samlede fremgangsmåde være anvendelig til den funktionelle evaluering af T-celle responser i transplantatmodtagere før transplantation; umiddelbart efter transplantation; og på længere sigt, når narkotika minimering bliver et vigtigt mål.
Billeddannelse flowcytometri er blevet anvendt til at påvise immun synapsedannelse mellem monoklonale T-celler og APC'er eller i nærvær af superantigener 24, 25, 26, 27, 28. Denne fremgangsmåde drager fordel af det faktum, at efter en produktiv T-celle-APC kontakt, T-cellen omarrangerer sin aktincytoskelet, polariserende den mod kontaktstedet 21. Denne omlejring forekommer ikke uden TCR-signalering, og det er derfor en tidlig korrelat af T-celleaktivering 19, 20, 21. Den her præsenterede fremgangsmåde tilpasser denne fremgangsmåde til måling af alloreaktive T-celle frekvens i polyklonale T-cellepopulationer. Som sådan kan det i fremtiden danne grundlag for udvikling af assays til donor reactivi ty i klinisk transplantation.
Selvom direkte sammenligninger er endnu ikke blevet gjort, påvisning af alloreaktive immune synapser synes at have overlegen forudsigende effekt end den konventionelle MLR. For eksempel har tidligere arbejde vist, at i den toleriserende ovenfor beskrevne protokol, resultaterne af en MLR ikke pålideligt korrelere med graft resultatet 2.
Et antal assays er blevet udviklet til operationelt tolerante tilstand hos mennesker 9, 10, 11, selv om disse ikke måler effektorcelle-funktion som reaktion på alloantigen. I modsætning hertil IFNy ELISPOT-analyser 8 foranstaltning effektor-T-celle-funktion, men kan ikke indfange hele spektret af cytokinsekretion, som kan være relevante for akut og kronisk allotransplantatafstødning, såsom IL-17 38,> 39. Den begrænsende fortynding assay 4, som er arbejdskrævende, og trans-vivo-assay 6, som kræver mus, har betydelige praktiske begrænsninger, der vil hindre deres anvendelse i et klinisk miljø. Nylige forbedringer på analysen af prolifererende celler under anvendelse TCR-sekvensanalyse af T-celler reagerer i MLR, kan være af værdi, men ligesom assayet præsenteres her, vil kræve yderligere validering i kliniske studier 18, 40.
Videreudvikling af immunsystemet synapse detekteringsanalyse vil kræve, at en række vigtige spørgsmål besvares. Først analysen som udviklede måler kun direkte alloreaktivitet. Den direkte vej involverer præsentation af allogene MHC / peptid-komplekser på donorafledte APC'er. Sidstnævnte er generelt elimineret hurtigt efter transplantation, og yderligere alloantigen præsentation er Carried af modtagerens APC'er præsentere intakt donor MHC (todelt direkte pathway) eller forarbejdet donorantigener på self MHC (indirekte pathway). Den indirekte vej er en vigtig drivkraft for kronisk allograftafstødning 33, 41.
I princippet burde det være muligt at påvise indirekte immun synapser ved hjælp af denne analyse, men indirekte alloreaktive T-celler har en meget lavere frekvens end direkte dem 42, 43, hvilket betyder, at der kræves en analyse af et større antal hændelser. En anden overvejelse er, at vi kun har testet denne assay under anvendelse af CD4 + T-celler, hvorimod CD8 + T-celler er også en vigtig bestanddel af anti-donor-respons. Igen skal det være muligt at detektere CD8 + T-celle-APC synapser hjælp af denne metode. En anden begrænsning er, at metoden kræver manuel gennemgang og analyse af celle- billeder i den endelige membrane kontakt gate, og vi arbejder i øjeblikket på automatisering af dette trin.
Endelig kræver fremgangsmåden test og udvikling hos mennesker, og de foreløbige undersøgelser med humane prøver i øjeblikket udføres. Yderligere fænotypiske T-celle delmængde analyse (dvs. effektor, hukommelse, regulerende, etc.) i kombination med påvisning af immun synapser i transplantatmodtagere ville repræsentere en kraftfuld fremgangsmåde til karakterisering af alloreaktive T-celle repertoire og vil være et vigtigt fokus for fremtidige arbejde.
The authors have nothing to disclose.
SCJ blev understøttet af en International Society for Heart og Lung Transplantation Research Fellowship og en Royal College of Physicians og kirurger i Canada Detweiler Travelling Fellowship.SM blev delvist understøttet af en International Society for hjerte og lunger Transplantation Karriereudvikling Award (til SCJ). SS blev støttet af National Institutes of Health Research Oxford Biomedical Research Centre.JH er modtageren af en Nyre Research UK Erfaren ikke-kliniske Fellowship. Dette arbejde blev finansieret af de følgende tilskud til AB og KW: en Wellcome Trust Program Grant (082519Z07Z), en British Heart Foundation Program Grant (PG / 10 / 62,28504), og EU-rammeprogram 7 (én undersøgelse, BioDRIM). Forfatterne vil gerne takke Michael Parsons og flowcytometri Core facilitet på Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, Sinai Health System, Toronto for at give adgang til og støtte med ImageStream Mark X instrument.
Phosphate-buffered saline | Various | Varies | |
Ethylenediamenetetraacetic acid, 0.5M solution | Thermo Fisher Scientific | AM9260G | |
Triton X-100 nonionic detergent | Sigma-Aldrich | X100 | |
Beta-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M3148 | |
Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418 | |
Formaldehyde | Sigma-Aldrich | F1635 | Solution is 37% formaldehyde and so must be diluted 25 times for 1.5% solution |
Cell strainers, 70 μm pore size | Fisher Scientific | 08-771-2 | |
Phalloidin-fluorescein isothiocyanate | Sigma-Aldrich | P5282 | |
7-aminoactinomycin D | Thermo Fisher Scientific | A1310 | Reconstitute in DMSO |
Allophycocyanin-conjugated anti-mouse CD90.2 | eBioscience | 17-0902 | |
Pacific blue-conjugated anti-mouse CD11b | eBioscience | 48-0112 | Pacific blue has been replaced by eFluor 450 |
Biotinylated anti-mouse CD3 | eBioscience | 13-0032 | |
Biotinylated anti-mouse MHC class II | eBioscience | 13-5321 | |
Biotinylated anti-mouse B220 | eBioscience | 13-0452 | |
Biotinylated anti-mouse CD8 | eBioscience | 13-0081 | |
Biotinylated anti-mouse CD19 | eBioscience | 13-0193 | |
Anti-biotin microbeads | Miltenyi Biotec | 130-090-485 | |
LS columns | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
MidiMACS magnetic cell separator | MIltenyi Biotec | 130-042-302 | |
recombinant mouse GM-CSF | Peprotech | 315-03 | |
recombinant human TGFβ1 | Peprotech | 100-21 | Human TGFβ1 has activity on mouse cells |
Amnis ImageStream X Mark II | Amnis/EMD Millipore | N/A | Imaging flow cytometer; details available at http://www.emdmillipore.com/ |
IDEAS Software | Amnis/EMD Millipore | N/A | Free download (registration required): https://www.amnis.com/index.php/page/Display/login%20%20 |
Cell culture medium | Various | Varies | |
Fetal bovine serum | Various | Varies | |
Cell culture plates | Various | Varies |