该协议详细介绍了一种高通量自动化兼容方法,用于分离人外周血单核细胞用于生物样本库和其他目的。
外周血单核细胞 (PBMC) 是单核细胞和淋巴细胞的异质性群体。冻存的 PBMC 在长期储存中具有稳定的活力,使其成为许多下游研究目的的理想细胞类型,包括流式细胞术、免疫测定和基因组测序。通常, PBMC 通过密度梯度离心分离,但这是一种低通量工作流程,难以扩展且成本高昂。本文介绍了一种使用基于磁珠的 PBMC 分离方法的高通量工作流程,该方法可快速实现。比较了使用密度梯度分离获得的 PBMC 的总细胞浓度、活力和群体分布,两种技术的细胞活力和细胞类型比例相当。分离的 PBMC 在采血后 9 天内表现出超过 70% 的活力,尽管与采集后 24 小时内处理的 PBMC 相比,5 天后的产量下降了一半。总之,本文介绍了一种 PBMC 方案,该方案利用基于微珠的方法来适应高通量工作流程,并证明基于微珠的手动和自动方法都可以提高处理能力并为各种预算提供灵活性。
外周血单核细胞 (PBMC) 分离是一种将淋巴细胞和单核细胞与其他全血成分分离和分离的技术。PBMC 是一种用途广泛的细胞类型,可用于多种应用,包括但不限于免疫疗法、疫苗开发、靶标或生物标志物鉴定以及抗体/小分子药物开发 1,2。这些细胞可以从健康或患病个体中分离出来,可以立即用于下游工艺或冷冻保存以备将来研究3。在某些情况下,下游目的已知,而在其他情况下,如生物样本库的常见情况,PBMC 被分离并储存起来以备将来未指定的应用4。
密度梯度离心是从全血中分离 PBMC5、6、7 的传统技术,利用离心过程中基于细胞密度的组成细胞类型的差异分离。虽然这种方法可能存在一些变化,但全血通常用磷酸盐缓冲盐水 (PBS) 稀释,在专用或标准离心管中的密度梯度介质上分层,然后旋转。结果有四个不同的层:顶层血浆富含血小板,密度梯度培养基上方有一层薄的 PBMC,最后,底层由红细胞 (RBC) 和粒细胞组成。尽管这种方法以前被称为“金标准”8,但放大生产存在局限性,例如处理时间长、离心机容量大、难以分装其他血液制品(即血浆和红细胞)以及难以实现自动化。虽然这种方法9 可以实现自动化,但它确实需要对液体处理器进行全面编程(离心模块完全自动化),并且仍然是一个漫长的过程。
此后,提出了一种替代工作流程,该工作流程使用免疫磁珠分离,使用八支架磁力架进行手动处理,或使用仪器进行全自动处理。该方法利用添加到细胞中的抗体混合物并结合不需要的细胞群,在本例中为血小板、粒细胞和红细胞。随后通过磁分离去除这些不需要的细胞群,留下阴性组分中的单核细胞和淋巴细胞群,这些细胞群可用于下游处理10。这种阴性选择方法比阳性选择方法更快,后者需要额外的步骤才能从 PBMC 中去除抗体和磁珠复合物。阴性选择还具有优势,因为它已被描述为保持细胞功能的一种方式11,12。
人 PBMC 是用于多种检测的多功能细胞类型;然而,在许多实验室(包括生物样本库)中,分离通量通常是一个限制16。以前,新南威尔士州卫生局全州生物样本库使用密度梯度法分离 PBMC。对密度梯度分离方法的自动化进行了研究,以提高处理能力,但确定了实施障碍,包括 (i) 带有离心装置的液体处理器的成本是完全自动化的,并且需要 HEPA 装置来生产无菌产品,(ii) 训练有素的编程人员,以及 (iii) 方案测试所需的时间。因此,本研究探索了替代方法,并确定了可用于手动和自动处理的市售人 PBMC 试剂盒。由于处理所需的设备适合标准(长度为 1.2 m)生物安全柜,因此可确保无菌。本文详细介绍了对制造商推荐的方案14 所做的修改,以便在不牺牲质量的情况下提高效率并降低试剂成本。此外,制造商的方案还扩展到了用于未来研究的生物样本库样本的详细步骤,包括从原始采血管中分装的全血(步骤 1.2)、血浆(步骤 2.2)和红细胞(步骤 2.5),以及细胞计数和冻存。
在本研究中,比较了三种 PBMC 分离方案:密度梯度分离、手动和基于磁珠的自动分离。对制造商的手动基于微珠的方案进行了修改,包括在 PBMC 分离之前去除血沉棕黄层稀释,以及消除离心时中断的要求,使研究人员能够遵循适应性强、经济高效且高通量的 PBMC 分离方案。首先,使用 8 个匹配的全血样品分离 PBMC,以比较密度梯度分离和基于微珠的手动技术。重要的是,两种比较方法之间的细胞群分布、细胞活力和 PBMC 回收率没有显著差异,分别如图 2A-F、图 3A 和补充图 1 所示。在代表性数据中,使用台盼蓝排除法的密度梯度分离方法的细胞计数较高,但使用血液学细胞分析仪时则不然。细胞计数仪上的 PBMC 细胞类型设置采用 8-50 μm 的细胞直径范围,因此,当使用台盼蓝排除法时,计数将包括 PBMC 以及粒细胞(直径约 12-15 μM)17。虽然血液细胞计数仪的特异性高于台盼蓝排除法,但一些回收率计算结果高于 100%,反映了仪器的误差范围(参见补充图 1)。因此,建议研究人员在比较 PBMC 分离方案的产量时应用细胞计数技术的组合,因为大多数技术不提供特异性和高灵敏度的差异细胞计数。此外,没有进行分析以比较两种技术产生的 PBMC 的功能活性,这是我们分析的一个局限性。
接下来,比较了基于微珠的手动和自动方法,从 8 个匹配样品中未发现 PBMC 产量或活力之间的显着差异(图 4A、B)。由于两种方法使用相同的抗体分离混合物,因此未单独比较细胞群。重要的是,使用自动化方案,处理 8 个样品的手动操作时间从 43 分钟减少到 22 分钟(图 4C)。虽然使用自动化确保了通量、防止技术人员倦怠和样本处理的一致性,但试剂和耗材的成本明显高出 3-4 倍,比基于微珠的手动方法高出 3-4 倍。这是在修改制造商的方案以使用 1 mL 血沉棕黄层(来自 10 mL 的全血体积)而不是推荐的 2-5 mL 范围(来自 10 mL 和/或更大的全血体积)之后。如果预算有限,选择手动方法可以将处理时间缩短 ~25%,同时保持与密度分离方法相当的试剂和耗材成本。建议每位技术人员一次处理不超过 8 个样品,以确保在 5 分钟的孵育期间(步骤 3.7、3.11 和 3.14)内充分交错放置样品(~30 秒/样品)。
在基于微珠的手动和自动方法中,去除血沉棕黄层是确保最佳 PBMC 分离的关键步骤。需要注意的是,本方案中使用了血沉棕黄层而不是全血,因为试剂的体积基于起始材料体积10。有效去除整个血沉棕黄层体积在技术上可能具有挑战性。最初,该方法详细去除 0.5 mL 血沉棕黄层,但为了提高回收率,将其增加到 1 mL。为了确保充分和一致地回收血沉棕黄层,详细说明此过程在方案文档和培训中很重要。建议在吸出血沉棕黄层的同时旋转移液器吸头,同时注意不要从下面一层吸出过多的红细胞(步骤 2.3)。重要的是不要使结合不需要的细胞(即粒细胞和红细胞)的抗体混合物饱和,这会影响产量和纯度10.为了尽量减少血沉棕黄层提取过程中收集的红细胞,移液器吸头应位于血浆和血沉棕黄层之间。血沉棕黄层的体积可以从 1 mL 开始增加;但是,必须如上所述小心,以确保收集体积中含有红细胞的体积不超过 10%。或者,可以使用自动液体处理器来持续收集血沉棕黄层18。然而,对于大多数实验室来说,校准和排除液体处理仪器方案故障所需的专门时间,尤其是考虑到费用,可能并不可行。
鉴于新南威尔士州卫生部全州生物样本库的目标是在未来 3 年内处理 23,000 个 PBMC,因此基于自动化微珠的方案的过渡和应用至关重要。在这里,证明 PBMC 可以在采集后长达 9 天内从 ACD 管中分离出来,平均活力为 >70%。虽然采集后 24 小时的产量是最佳的,但在此时间范围内进行处理并不总是可行的,因为可能需要运输样品。结果表明,使用手动或基于磁珠的方法分离的 PBMC 在采集后 4 天内分离时,全血产量为 >3 x 105 个细胞/mL,在采集后 10 天内分离时,全血产量为 >1 x 105 个细胞/mL 全血。超过 5 天的样品数量较低被认为是该分析的局限性。此外,由于没有提供这些信息,因此没有根据参与者的年龄、性别和临床病史对数据进行分离。尽管需要进行比较分析来检查两种方法处理时间延迟的影响,但之前已经报道过,使用密度梯度法分离 PBMC 的延迟会降低细胞质量并显著增加红细胞污染19,20。此外,如果处理延迟,粒细胞比例会增加,因此,应将相似“年龄”的标本分组进行下游分析 20,21,22。值得注意的是,该实验是使用柠檬酸葡萄糖(即柠檬酸三钠、柠檬酸和葡萄糖)抗凝的血液进行的;但是,如果使用其他抗凝剂,产量和/或细胞类型的比例可能会有所不同23;因此,建议研究人员根据预期的下游 PBMC 分析选择合适的抗凝剂。
总之,详细介绍了一种适用于高通量工作流程的磁珠分离 PBMC 方案,以满足在不影响细胞活力的情况下进行放大的要求。手动和自动方法均可进行优化,通过改变起始体积和重悬体积来产生特定的细胞浓度。新南威尔士州卫生部全州生物样本库已从使用传统密度梯度分离技术每月提取 ~60 个 PBMC 过渡到使用这种自动化兼容的基于微珠的方法每月提取 ~300 个 PBMC。作者的下一个目标是使用自动化平台每月处理多达 1200 个 PBMC,并进一步比较通过基于磁珠(手动和自动)和密度梯度技术分离的 PBMC,以指导该技术在其他实验室的实施,特别关注生物样本库。
The authors have nothing to disclose.
新南威尔士州卫生局全州生物样本库感谢新南威尔士州卫生病理学、新南威尔士州卫生和医学研究办公室以及悉尼地方卫生区的支持。此外,作者非常感谢 Omico 和新南威尔士州卫生部全州生物样本库支持的其他研究,感谢他们允许发布内部生成的数据并将未使用的标本用于研究目的。作者感谢 Jennifer Bryne 教授(悉尼大学新南威尔士州健康病理学)的重要领导和讨论。 图 1 是使用 BioRender.com 创建的。
Cell cryopreservation media CS10, 100 mL (CRYOSTOR) | StemCellTM Technologies | 07930 | |
Class II Biological Safety Cabinet | Thermo ScientififcTM | 51033311 | |
CoolCell 1 mL FX | BioTools | BCS-407P | This is the control rate freezing container used. |
Distilled Water | Bacto Laboratories | 561832 | |
DxH 500 Hematology Analyzer | Beckman Coulter Life Sciences | B40601 | Referred to as external automated cell counter. |
EasyEightsTM EasySepTM Magnet | StemCellTM Technologies | 18103 | |
EasySepTM Direct Human PBMC Isolation Kit | StemCellTM Technologies | 19654 | Kit includes the magnetic bead tube and the cocktail mix tube |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma-Aldrich Pty Ltd | E6758-500G | Instructions to make 0.1M EDTA solution from EDTA salt is located in supplemental file 2. |
LymphoprepTM Density Gradient Medium | StemCellTM Technologies | 7851 | |
Megafuge ST4 Plus Centrifuge | Thermo ScientififcTM | THR75009903 | |
Orion Star A211 pH meter electrode | Thermo ScientififcTM | STARA2110 | |
Orion™ ROSS Ultra™ Glass Triode™ pH/ATC Combination Electrodes | Thermo ScientififcTM | 8302BNURCA | |
Phosphate buffered saline (PBS), solution, 1X, 500ml | Life Technologies Australia Pty Ltd | 10010023 | |
Prism | GraphPad | ||
RoboSepTM Buffer 1X | StemCellTM Technologies | 20104 | Software used for statistical analysis. |
RoboSepTM-S | StemCellTM Technologies | 21000 | Fully automated cell separator instrument. |
RoboSep™ Filter Tips | StemCellTM Technologies | 20125 | |
SepMateTM-50 (IVD) tubes | StemCellTM Technologies | 85460 | IVD – In vitro diagnostics. Also known as SepMateTM-50 tubes |
Vi-CELL XR Cell Anlayzer | Beckman Coulter Life Sciences | Internal automated cell counter. Instrument obsolete and no longer available for purchase (as of December 31, 2022). Alternative instrument is the ViCell BLU Cell Viability Analyzer (Product no. C19196). | |
Vi-CELL XR Quad Pack Reagent Kit | Beckman Coulter Life Sciences | 383722 |
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