Crioconservazione e valutazione bioenergetica delle cellule mononucleate del sangue periferico umano
Summary
Le cellule mononucleate isolate del sangue periferico possono essere utilizzate per l’analisi delle funzioni e dei disturbi immunitari, delle malattie metaboliche o delle funzioni mitocondriali. In questo lavoro, descriviamo un metodo standardizzato per la preparazione di PBMC da sangue intero e la successiva crioconservazione. La crioconservazione rende questo tempo e questo luogo indipendenti.
Abstract
Le funzioni fisiologiche delle cellule eucariotiche si basano sull’energia fornita principalmente dai mitocondri. La disfunzione mitocondriale è legata alle malattie metaboliche e all’invecchiamento. La fosforilazione ossidativa gioca un ruolo decisivo, in quanto è fondamentale per il mantenimento dell’omeostasi energetica. Le PBMC sono state identificate come un campione minimamente invasivo per misurare la funzione mitocondriale e hanno dimostrato di riflettere le condizioni della malattia. Tuttavia, la misurazione della funzione bioenergetica mitocondriale può essere limitata da diversi fattori nei campioni umani. I limiti sono la quantità di campioni prelevati, il tempo di campionamento, che spesso è distribuito su più giorni, e le posizioni. La crioconservazione dei campioni raccolti può garantire una raccolta e una misurazione coerenti dei campioni. È necessario prestare attenzione per garantire che i parametri misurati siano comparabili tra le cellule crioconservate e quelle appena preparate. Qui, descriviamo i metodi per isolare e crioconservare le PBMC da campioni di sangue umano per analizzare la funzione bioenergetica dei mitocondri in queste cellule. Le PBMC crioconservate secondo il protocollo qui descritto mostrano solo lievi differenze nel numero di cellule e nella vitalità, nei livelli di adenosina trifosfato e nell’attività della catena respiratoria misurata rispetto alle cellule appena raccolte. Per i preparati descritti sono necessari solo 8-24 ml di sangue umano, il che consente di raccogliere campioni durante gli studi clinici in modo multicentralizzato e di determinarne la bioenergetica in loco.
Introduction
Le cellule mononucleate del sangue periferico umano (PBMC) sono utilizzate per varie applicazioni in molti campi scientifici, tra cui lo studio di problematiche immunologiche e bioenergetiche, come quelle legate ai processi di invecchiamento o alle malattie degenerative 1,2. Le PBMC hanno una composizione eterogenea e sono costituite da linfociti (cellule B, cellule T e cellule NK), monociti e cellule dendritiche. Le cellule a volte mostrano grandi differenze e variazioni individuali all’interno di un soggetto, quindi sono necessarie procedure standardizzate per la gestione di queste cellule. Parametri importanti come la vitalità e la purezza dell’isolamento sono i requisiti di base per la sua manipolazione e sono inoltre influenzati da fattori ambientali come l’ora di raccolta, il livello di melatonina, se il soggetto è a digiuno e altri 3,4.
Sulla base di studi sulla bioenergetica delle PBMC, descriviamo qui un metodo per l’isolamento, la crioconservazione e la coltivazione delle PBMC che è adatto anche ad altri metodi. Mentre la biopsia muscolare è considerata il gold standard per il metabolismo energetico mitocondriale5, l’esame delle cellule del sangue è una procedura rapida e minimamente invasiva. Oltre a questo, sempre più studi suggeriscono che i cambiamenti nella funzione mitocondriale nell’invecchiamento e nella malattia di Alzheimer (AD) si verificano non solo nel cervello ma anche nella periferia 6,7,8,9,10. Il metodo consente anche di indagare altre condizioni e malattie, tra cui il diabete mellito e l’obesità 11,12,13. Possono essere analizzati i modelli di espressione genica nei pazienti affetti da sclerosi multipla, o la funzione immunitaria e le influenze su di essa in generale 14,15,16.
Le PBMC si basano generalmente sulla fosforilazione ossidativa (OXPHOS) per generare adenosina trifosfato (ATP)17,18. Pertanto, le PBMC coprono un’ampia gamma di applicazioni come surrogati. In precedenti rapporti, il metabolismo energetico delle PBMC è stato utilizzato per affrontare le disfunzioni d’organo, come nell’insufficienza cardiaca precoce19, nello shock settico20 o nelle differenze associate al sesso4 nella funzione mitocondriale. Un metodo generalizzato per la crioconservazione, l’isolamento e la coltivazione di PBMC avrebbe vantaggi nella comparabilità dei risultati ottenuti in diversi istituti. C’è una grande variazione nei protocolli per ogni fase21,22, l’obiettivo di questo metodo è quello di fornire una linea guida per le misurazioni bioenergetiche nelle PBMC.
In questo articolo descriviamo un metodo per misurare i parametri bioenergetici nelle PBMC. Spieghiamo i metodi per isolare, crioconservare e misurare la bioenergetica delle PBMC dal sangue umano. Questo metodo può essere utilizzato per determinare i parametri bioenergetici nei pazienti e valutarli in un contesto clinico. Per applicare queste misurazioni, i ricercatori hanno bisogno di accedere a una popolazione di pazienti da cui è possibile ottenere campioni di sangue fresco.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo protocollo fornisce un mezzo per isolare e crioconservare le cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) dal sangue umano in modo adatto alle analisi bioenergetiche. Il metodo descritto offre la possibilità di isolare le PBMC in modo delicato e in grandi quantità, con un’elevata vitalità e un numero sufficiente di cellule per le misurazioni bioenergetiche. Ha lo svantaggio che anche con interruzioni minime, si verificano lunghi isolamenti, ma la successiva crioconservazione consente una misurazione della …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo l’équipe clinica dell’Ospedale Universitario di Giessen-Marburg per la raccolta del sangue. Questo lavoro è stato finanziato dall’università Justus Liebig.
Materials
| 0.1 M Triethanolamine-HCl-Buffer (pH = 8,0) | Self-prepared | – | |
| 0.5 M Triethanolamine-HCl-Buffer | Self-prepared | – | |
| 1.0 M Tris-HCl-Buffer (pH = 8,1) | Self-prepared | – | |
| 1.01 mM DTBB | Self-prepared | – | |
| 10 % Triton X-100 | Self-prepared | – | |
| 10 mM Oxalacetat | Self-prepared | – | |
| 14–20 G sterile blood draw needles Multi Adapter Sarstedt Safety-Multifly | Sarstedt | 156353_v | |
| 37% HCl | Carl Roth GmbH & Co. KG | – | |
| 70% Ethanol (EtOH) | Self-prepared | – | |
| Acetyl-CoA | Pancreac Applichem | A3753 | |
| ADP | Sigma-Aldrich | A5285 | |
| Alcohol wipes | (70% isopropyl alcohol) | ||
| Antimycin A | Sigma-Aldrich | A8674 | |
| Aqua (bidest.) | With MilliQ Academic (self-made) | – | |
| Ascorbate | Sigma-Aldrich | A4034 | |
| ATP-Standard | Sigma-Aldrich | 6016949 | |
| Biocoll Seperating Solution | Biochrom | 6115 | |
| Biological safty cabinet MSC Advantage | Thermo Fisher Scientific Inc. | ||
| Carbonylcyanid-p-trifluoromethoxy-phenylhydrazon (FCCP) | Sigma-Aldrich | C2920 | |
| Cell counter TC20 Automated Cell Counter | Bio-Rad | ||
| Centrifuge Heraeus Megafuge 16 R | Thermo Fisher Scientific Inc. | ||
| Counting slides, dual chamber for cell counter | Bio-Rad | 1450016 | |
| Cryotube Cryo.S | Grainer Bio-One | 126263-2DG | |
| Digitonin | Sigma-Aldrich | 37008 | |
| Dimethylsulfoxid (DMSO) | Merck | 102952 | |
| Disinfection spray | |||
| Disposable gloves latex, rubber, or vinyl. | |||
| Distrips (12.5 ml) DistriTips | Gilson | F164150 | |
| Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS; 10x) | Gibco (Thermo Scientific) | 15217168 | |
| Ethanol (EtOH 100%) | Carl ROTH GmbH & Co. KG | 9065.3 | |
| Fetal bovine serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F9665 | |
| Frezer (-80°C) | Thermo Fisher Scientific Inc. | ||
| Glutamate | Sigma-Aldrich | G1626 | |
| Holder/adapter | |||
| Incubator Midi 40 CO2 | Thermo Fisher Scientific Inc. | ||
| Injection syringe | Hamilton | ||
| Malate | Sigma-Aldrich | M-1000 | |
| MIR05 | Self-prepared | – | |
| Mr. Frosty Freezing Container | Thermo Fisher Scientific Inc. | 10110051 | |
| Multireader CLARIOstar | BMG Labtech | ||
| Nitrogen tank Locator 6 plus | Thermo Fisher Scientific Inc. | ||
| Oligomycin | Sigma-Aldrich | O4876 | |
| Oxalacetate | Sigma-Aldrich | – | |
| Oxygraph-2k | Orobororus Instruments | ||
| Penicillin-Streptomycin | PAA | 15140122 | |
| Pipettes Performance Pipettor 10 μL, 100 μL, 1000 μL | VWR | ||
| Roswell-Park. Memorial-Institute-Medium (RPMI-1640) | Gibco (Thermo Scientific) | 11530586 | |
| Rotenone | Sigma-Aldrich | R8875 | |
| Saccharose | Carl ROTH GmbH & Co. KG | 9286.2 | |
| Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002 | |
| Succinate | Sigma-Aldrich | S2378 | |
| Tetramethylphenylendiamin (TMPD) | Sigma-Aldrich | T3134 | |
| Tourniquet/ Blood pressure cuff | |||
| Tris(hydroxymethyl)amino-methane | Sigma-Aldrich | 108382 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | 108643 | |
| Trypanblau | Biochrom | T6146 | |
| Vacuum pump | Vaccubrand GmbH & Co. | ||
| ViewPlate-96 | Perkin Elmer | 6005181 | |
| Water bath WNB22 | Memmert GmbH & Co. KG |
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