Dette dokumentet beskriver en fremgangsmåte for måling av alloreaktiviteten i en blandet populasjon av T-celler ved hjelp av avbildning flowcytometri.
Målingen av immunologiske reaktiviteten til donorantigener hos transplantasjonspasienter er sannsynlig å være avgjørende for en vellykket reduksjon eller tilbaketrekking av immunsuppresjon. Den blandede leukocyttkultur-reaksjon (MLR), begrensende fortynning analyser, og trans-vivo-forsinket-type hypersensitivitet (DTH) assay har alle blitt anvendt på dette spørsmålet, men disse metodene har begrenset prediktiv evne og / eller betydelige praktiske begrensninger som reduserer deres anvendelighet. Imaging flowcytometri er en teknikk som kombinerer de multiparametrisk kvantitative krefter flowcytometri med bildekapasiteten fluorescerende mikroskopi. Vi har nylig gjort bruk av en billeddannende flow-cytometri for å definere andelen av mottaker-T-celler som er i stand til å danne modne immun synapser med donor antigenpresenterende celler (APC). Ved hjelp av en velkarakterisert mus hjertetransplantasjonsmodellen har vi vist at hyppigheten av in vitro-immun synapser blant T-APC Membrane kontaktopprettelser sterkt forutsagt allograft resultere i avvisning, toleranse, og en situasjon hvor transplantasjon overlevelse avhenger av induserte regulatoriske T-celler. Frekvensen av T-APC kontaktene økes med T-celler fra mus i løpet av akutt avvisning og redusert med T-celler fra mus som er ytet svarer til alloantigen. Tilsetning av regulatoriske T-celler til in vitro-system redusert lengre T-APC kontakter. Kritisk, denne effekten ble også observert med humant polyklonalt ekspandert, naturlig forekommende regulatoriske T-celler, som er kjent for å kontrollere avvisning av humane vev i humanisert musemodeller. En videreutvikling av denne metode kan tillate en dypere karakterisering av alloreaktive T-celleavdeling i organtransplanterte pasienter. I fremtiden kan videre utvikling og evaluering av denne metode under anvendelse av humane celler som danner grunnlaget for analysene som benyttes for å velge pasienter for immunsuppresjon minimalisering, og den kan brukes til å måle virkningen av tolerogenic therapies i klinikken.
Organtransplantasjon har transformert behandling av pasienter med sluttstadiet sykdommer i nyre, lever, hjerte og lunger. På grunn av forskjeller i større og mindre histokompatibilitetsantigener, imidlertid, allotransplantater straks blir avvist av mottaker-T-celler hvis immunosuppressive legemidler ikke er brukt. Disse agentene har mange skadevirkninger, herunder risiko for kreft og organdysfunksjon. En vesentlig klinisk mål er derfor å redusere dosen av immunsuppresjon til det minimumsnivået som kreves for å forhindre allograft-avvisning. Dette nivået er sannsynligvis vil variere avhengig av graden av aktivering av den medfødte immunsystemet; graden av donor-mottaker alloantigen mismatch; og inter-pasient forskjeller i immunfunksjon, farmakokinetikk og farmakodynamikk.
Dessverre har transplanterte klinikere ikke har noen verktøy for nøyaktig å vurdere donor reaktivitet hos enkelte pasienter 1. den blandedeleukocytt-reaksjon (MLR) kan detektere donor reaktivitet, men den ikke på en pålitelig måte å forutsi utfallet pode 2, 3. Begrensende fortynning analyser, cytokin-ELISPOTs og trans-vivo-analyse enten måle et begrenset utvalg av svar eller ikke er praktisk 4, 5, 6, 7, 8 .Gene ekspresjonsprofiler har avdekket signaturer knyttet til driftsmessige toleranse 9, 10, 11, 12 og avvisning 13, 14, 15, men disse er ikke alltid generaliseres på tvers av populasjoner 16 og kan til slutt har begrenset anvendelighet i den enkelte pasient. Sekvens-baserte analyses av T-cellereseptoren (TCR) av T-celler i perifert blod 17 eller prolifererende i MLR-18 er også blitt utviklet, men krever ytterligere validering.
Begrepsmessig vil det være ønskelig å ha en metode som påviser de tidligste nødvendige grep på mottaker-T-celleaktivering ved en donor antigen. Ettersom oppdyrking-celler over flere dager (som i MLR) kan innføre gjenstander, vil en slik test ideelt sett ikke krever måling av nedstrøms hendelser, for eksempel proliferasjon eller effektorfunksjon. På samme måte vil det imidlertid også være ønskelig for at testen skal være avhengig av et element av T-cellefunksjon, ettersom rent beskrivende vurderinger (For eksempel, TCR-sekvensering) kan være ute av stand til å skille mellom anergiske og funksjonelle T-celler.
Tallrike studier har indikert at langvarig T-APC kontakt er nødvendig for dannelsen av en immun synapse, som er et viktig førsttrinn i T-celle-respons 19, 20, 21, 22. Vi har nylig rapportert at under dynamisk in vitro tidsforløp avbildning, ca. 5 – 10% av mus CD4 + T-cellene danner langvarige kontakt med allogen benmarg-avledede dendrittceller (BMDCs) 23. Frekvensen av langvarig kontakt ble øket hos dyr som forkastet en pode, mens i mus som på forhånd gjort tolerante overfor de samme antigenene, det holdt seg på nivået i untransplanted mus 23. Forlenget interaksjoner ble redusert i nærvær av mottakeren Tregs og økt i deres fravær, og vi har observert lignende fenomener ved hjelp av humane T-celler og allogene moncyttavledede DC (MoDCs) 23.
Imidlertid opptellingen av langvarig kontakt foretas innenfor et polyklonalt T-celle population er tidkrevende og arbeidskrevende. Vi har derfor gjort bruk av avbildnings flow-cytometri for å undersøke allogent immun synapse formasjon. Imaging flowcytometri inkorporerer den multiparametrisk datainnsamling og analyse av konvensjonell flowcytometri med enkeltcelle avbildnings evner av fluorescens mikroskopi. Denne teknikken har blitt brukt av andre forskere for å studere immun synapse dannelse av monoklonale T-celler 24, 26, 27 eller i nærvær av superantigener 28. I slike innstillinger, men frekvensen av responderende T-celler ligger i området 30-100%, mens alloreaktive T-celler er generelt anslått til 5-15% av den totale T-cellerepertoaret 29, 30, 31, 32. Viktigere, viste vi at bilde flowcytometri kan produsere averi sammenlignbare mål på alloreaktive T-celle-frekvens 23 og at endringer i synapse frekvens innenfor et polyklonalt T-cellepopulasjon som er prediktive for pode utfall 23. Foreløpig har denne tilnærmingen er optimalisert for å måle direkte alloreaktiviteten av CD4 + T-celler, men i prinsippet kan det også bli utviklet for å undersøke CD8 + T-celler og den indirekte veien. Indirekte alloreaktiviteten antas å bli mer og mer aktuelt ved lengre tidspunkter etter transplantasjon 33. Vi utvikler denne metode for å bruke humane celler, som vil tillate for testing i pasienter. Således, i fremtiden, kan den generelle tilnærmingen være nyttige for funksjonell vurdering av T-celle-responser hos transplantasjonspasienter før transplantasjon; umiddelbart etter transplantasjon; og på lang sikt, når stoffet minimering blir et viktig mål.
Imaging flowcytometri har blitt brukt for å demonstrere immun synapse dannelse mellom monoklonale T-celler og APC, eller i nærvær av superantigener 24, 25, 26, 27, 28. Denne metoden tar fordel av det faktum at etter en produktiv T-celle-APC kontakt, omleires T-celle dens aktin cytoskjelettet og polarisert den mot kontaktstedet 21. Denne omleiring skjer ikke uten TCR-signalisering, og det er derfor et tidlig korrelat av T-celleaktivering 19, 20, 21. Metoden som presenteres her tilpasser seg denne tilnærming til måling av alloreaktive T-cellehyppighet i polyklonale T-cellepopulasjoner. Som sådan kan det i fremtiden tjene som grunnlag for utvikling av metoder for donor reactivi ty i klinisk transplantasjon.
Selv om direkte sammenligninger har ennå ikke blitt gjort, påvisning av alloreaktive immun synapser ser ut til å ha overlegen prediktiv kraft enn den konvensjonelle MLR. For eksempel har tidligere arbeid vist at i den tolerer protokollen beskrevet ovenfor, resultatene av en MLR mislykkes i å på en pålitelig måte korrelere med pode utfall 2.
En rekke forsøk har blitt utviklet for operativt tolerante tilstand hos mennesker 9, 10, 11, selv om disse ikke måle effektor-celle funksjon som respons på alloantigen. I motsetning til dette, assayer IFNy ELISPOT 8 mål effektor-T-celle-funksjon, men kan ikke fange opp hele spekteret av cytokinsekresjon som kan være relevant for akutt og kronisk allograft avvisning, slik som IL-17 38,> 39. Den begrensende fortynningsanalyse 4, noe som er arbeidskrevende, og det trans-vivo-analyse 6, noe som krever mus, har betydelige praktiske begrensninger som ville hindre deres anvendelse i en klinisk sammenheng. Nylige forbedringer på analyse av prolifererende celler ved hjelp av TCR-sekvensanalyser av T-celler som responderte på MLR kan være av verdi, men som analysen er presentert her, vil kreve ytterligere validering i kliniske studier 18, 40.
Videreutvikling av immun synapse påvisningsassayet vil kreve at en rekke viktige spørsmål skal besvares. Først analysen som utviklet måler bare direkte alloreaktiviteten. Den direkte vei involverer presentasjonen av allogene MHC / peptid-komplekser på donor-avledede APC. Sistnevnte er generelt elimineres raskt etter transplantasjon, og ytterligere alloantigen presentasjon er Carried ut av mottaker APCer som presenterer intakt donor MHC (halv direkte vei) eller bearbeidede donorantigener på eget MHC (indirekte vei). Den indirekte bane er en viktig drivkraft for kronisk allograft avvisning 33, 41.
I prinsippet skulle det være mulig å detektere indirekte immun synapser anvendelse av denne analyse, men indirekte alloreaktive T-celler har en mye lavere frekvens enn direkte som 42, 43, noe som betyr at analysen av et større antall arrangementer vil være nødvendig. Et annet hensyn er at vi har bare testet dette forsøk ved anvendelse av CD4 + -T-celler, mens CD8 + T-celler er også en viktig komponent i den anti-donor respons. Igjen bør det være mulig å detektere CD8 + T-celle-APC synapser ved hjelp av denne metoden. En annen begrensning er at metoden krever manuell vurdering og analyse av celle bildene i den endelige medlrane kontakt gate, og vi jobber for tiden med automatisering av dette trinnet.
Til slutt krever fremgangsmåten testing og utvikling hos mennesker, og preliminære studier med humane prøver er for tiden utføres. Videre fenotypisk T-celleundergruppen analyse (dvs. effektor, hukommelse, regulatoriske, etc.) i kombinasjon med detektering av immun synapser i transplanterte som ville representere en kraftig metode for å karakterisere alloreaktive T-cellerepertoaret og vil være et viktig fokus fremtidig arbeid.
The authors have nothing to disclose.
SCJ ble støttet av en internasjonal forening for hjerte- og lungetransplantasjon Stipendiat og Royal College of Physicians og kirurger i Canada Detweiler Reising Fellowship.SM ble støttet delvis av en International Society for hjerte- og lungetransplantasjon Career Development Award (til SCJ). SS ble støttet av National Institutes of Health Research Oxford Biomedical Research Centre.JH er mottaker av en nyre Research UK Senior prekliniske Fellowship. Dette arbeidet ble finansiert av følgende tilskudd til AB og KW: en Wellcome Trust Program Grant (082519Z07Z), en British Heart Foundation Program Grant (PG / 10 / 62,28504), og EUs rammeprogram 7 (én studie, BioDRIM). Forfatterne ønsker å takke Michael Parsons og flowcytometri Kjerne Facility på Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, Sinai Health System, Toronto for å gi tilgang 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 |