T-lymphocyte mitogenesis is accompanied by blastogenic transformation, whereupon the cell volume enlarges before cell division. Here, we describe a method to quantify blastogenesis in T lymphocytes using an automated cell counter with the capability of measuring cell diameters.
Лимфоцит пролиферации в ответ на антигенные или митогенная стимуляция представляет собой легко количественному явление полезно для тестирования иммуномодулирующих (т.е. иммуносупрессивной или иммуностимулирующее) химических соединений и биопрепаратов. Одним из первых шагов в митогенеза является увеличение клеток или зародышевый трансформация, в результате чего увеличивается объем ячейки перед делением. Это, как правило, обнаруживается в течение первых нескольких часов, Т-лимфоцитов-стимуляции. Здесь мы опишем быстрый метод количественного бластогенез в Т-лимфоцитов, выделенных из селезенки мышей и мононуклеарных клеток периферической крови человека (РВМС) с использованием автоматического счетчика клеток. Различные часто используемые анализы пролиферации по большей части являются трудоемкими и отражают лишь общий эффект населения, а не отдельные клеточные эффекты внутри популяции. В отличие от этого, представлены автоматизированный счетчик клеток анализ обеспечивает быстрое, прямые и точные измерения диаметров клетки, которые могут бытьиспользуется для оценки эффективности различных митогены и иммуномодулирующих препаратов в лабораторных условиях .
Т-лимфоциты являются первичные клетки, ответственные за адаптивного иммунитета у млекопитающих. Известно, что они реагируют на конкретные антигенных пептидов, представленных молекулами МНС на поверхности антиген-представляющих клеток. При активации родственным Т-клеточного рецептора (TCR), клетка расширяется в процесс называется зародышевый преобразования или бластогенез. Этот процесс может быть обнаружено в первом ~ 6 ч после стимул применяется 1. Во время бластогенеза, объемы отдельных Т – клеток увеличивают до 2- 4 раза 2-6. Лимфоциты начинают размножаться в процессе, называемом клональной экспансии, целью которого является создание, как многие клоны антиген-специфичных TCR-клеток, несущих, как это возможно. Потомство клетки затем проявляют свою иммунологическую функцию, дифференцироваться в цитотоксических (CD8 +) или помощника (CD4 +) эффекторных Т – лимфоцитов. Таким образом, наивные Т – лимфоциты человека или мыши крови находятся в фазе G 0 (покоя) клеткицикл и поддержка минимальна метаболическая активность. Под воздействием антигенов или митогенами, Т – клетки повторно ввести клеточного цикла с сопутствующим стимуляции транскрипции и белкового синтеза 7-10. Митогены, такие как форбол 12-миристат – 13-ацетата (РМА) и иономицином стимулируют лимфоциты через активацию протеинкиназы С (ПКС) и Са 2+ -зависимые сигнальных путей 1. Активацию Т-клеток ФМА / иономицином минует сигнализации шаги TCR.
В пробирке анализа пролиферации широко используются для целей оценки функции лимфоцитов и реакции на раздражители. Показания пролиферации, как правило, принимаются от одного до трех дней после начала стимуляции Т-клеток и отражают коллективное состояние сотен или тысяч клеток. Эффективность различных митогены и иммуномодулирующих препаратов в пробирке может быть оценена простым измерением скорости пролиферации в присутствии этих соединений. Некоторые из них вssays и их ограничения обсуждаются ниже.
Для подсчета прямой номер ячейки, процедура отнимает много времени, с высокой вероятностью ошибок оператора.
Для синтеза ДНК-3Н-тимидина анализ измеряет синтез ДНК, но его главным ограничением является его радиотоксичность. Нерадиоактивного альтернатива BrdU, но диапазон линейного отклика для роста клеток ограничено, и требуется лечение антителом, которое увеличивает количество шагов в процедуре 11,12.
Для метаболической активности солей тетразолия (МТТ, МТС, ХТТ и WST-1) и резазурин на основе красителя, колориметрические анализы сообщают общее метаболическое состояние деления клеточных популяций. Тем не менее, МТТ не растворим в культуральной среде, что требует дополнительных шагов стирки, таким образом, включение ошибок в измерении; ХТТ необходимы дополнительные компоненты для эффективного уменьшения; MTS-, WST-1- и измерения резазурин основе являются влияютред культурой рН среды и ее компонентов сыворотки, альбумин или фенола красного 13-16. Эти анализы не измеряют фактическое количество жизнеспособных клеток, а сами оценить объединенные активности ферментов. Таким образом, скорость пролиферации может не быть точно определено с помощью метаболических анализов из – за нелинейной корреляции между числом клеток и уменьшение красителя 12,17.
Для измерения концентрации АТФ, Т-клеток активации увеличение вызванных АТФ коррелирует с пролиферацией. Тем не менее, повышение концентрации АТФ в клетке является одним из первых шагов активации Т-клеток; много шагов за фактическое распространение 17,18.
Для разбавления красителя анализа, CFSE флуоресцентный краситель окрашивает клетки путем ковалентного связывания с внутриклеточными белками. Краситель показывает пролиферацию зависит уменьшение интенсивности флуоресценции, которая может отслеживать количество клеточных делений. Однако из-за ковалентного мечения белков, функции этихбелки могут быть поставлена под угрозу. Краситель является токсичным для клеток при более высоких концентрациях. При более низких концентрациях красителя, тем не менее, начальная интенсивность флуоресценции снижается, уменьшая количество клеточных делений, которые могут быть отслежены. Кроме того, после того, как маркировка с CFSE, существует пролиферация независимый от ~ потеря 50% от исходной флуоресценции в период первой 24 до 48 ч, что ограничивает динамический диапазон этого анализа 19,20.
Большинство из этих анализов отражают коллективное состояние большого числа клеток и требуют обработки клеток с флуоресцентными красителями. Некротические и апоптотических клеток также могут внести свой вклад в эти измерения, если они не будут удалены из анализа с помощью окрашивания химическими веществами или антителами.
Лимфоцит бластогенеза может быть оценена различными методами, такими как оптическая микроскопия или проточной цитометрии 4,21,22. Здесь мы описываем быстрый метод для измерения размеров Т-клеток с использованиемп автоматического счетчика клеток, который собирает изображения в режиме реального времени ячейки, которые хранятся и могут быть повторно проанализированы в более позднее время. В дополнение к измерениям размера, это устройство обеспечивает точное количество клеток и процент жизнеспособных клеток, как определено трипанового синего красителя. Устройство, используемое в данном протоколе является коммерчески доступным, и производитель протестировали точность прибора с использованием трех различных инструментов и несколько концентрации и жизнеспособности управления. Результаты этих исследований показали, коэффициент дисперсии, что в целом было ниже 6%. Как отмечено в протоколе, устройство калибруют на регулярной основе с 6 до 8 мкм, полистирола диаметром бусин. Преимущества использования счетчика клеток дифференцироваться между покоящихся Т-клеток и Т-лимфобластов на основе диаметра клеток является простота использования и автоматизированный характер анализа. Программное обеспечение может рисовать круг вокруг каждой ячейки и расчета диаметра ячейки. Кроме того, имвозрасты видны оператору, который может проверить точность прибора в идентификации клеток и правильно рисовать круг вокруг них. С точки зрения ограничений, прибор сам по себе не может различать мусора и клеток; Поэтому, важно, чтобы оператор видит каждое изображение, оно обрабатывается. Существует потенциал для включения пузырьков воздуха, что позволит уменьшить число используемых полей для анализа; Тем не менее, это случается редко, если выполняется регулярное техническое обслуживание смыва.
В этом исследовании группы селезеночных Т-лимфоциты были стимулированы иономицина и возрастающими концентрациями РМА в течение 12-48 ч. Концентрации PMA, как низко как 2 нг / мл, индуцированной как надежной зародышевый реакции и значительного распространения. Измерения воздействия нескольких препаратов, таких как иммунодепрессанты циклоспорин А (CsA), FK506 (такролимус), и рапамицин (сиролимус), а также блокаторы ионных каналов трамвайно-34 и FTY720 (fingoliмод), на бластогенеза продемонстрировали хорошее согласие с сообщенных эффектами на пролиферацию. Зародышевый реакция человеческих МКПК на ФМК / Ionomycin и мышиный стимуляции Т-клеток анти-CD3 и анти-CD28-антитело покрытием магнитных шариков также были измерены.
Счетчик клеток анализ квантифицирует как бластогенезу и скорость пролиферации (плотность ячеек) одновременно, но раздельно, в отличие от вышеуказанных способов, которые выглядят на комбинации этих эффектов. Представленный протокол обеспечивает быстрый и надежный метод для оценки потенции митогенных и иммуномодулирующих агентов.
Здесь мы опишем метод для быстрого обнаружения и определения количества Т-клеток зародышевый трансформации с использованием автоматического счетчика клеток. В наших условиях (250 нг / мл РМА и 250 нМ Ionomycin стимуляции), площадь клеточной поверхности была увеличена в два раза, а объем в три раза после 48 часов активации. Анализ достаточно чувствителен для обнаружения взрывных работ в течение первых 12 ч активации, где объем ячейки увеличился лишь на 1,25 раза по сравнению с состоянием покоя (рис 2D). Более физиологически соответствующий механизм активации Т-клеток с использованием анти-CD3 и анти-CD28 антитела , покрытые магнитные гранулы получают значительный зародышевый ответ, при среднем 2,3-кратное увеличение объема (72 ч после активации, Рисунок 3D). Клетки человека одноядерные показали 2,6-кратное изменение объема при РМА / Ionomycin стимуляции в течение 48 ч (рисунок 4). Средний диаметр и объем ICR мыши селезеночной Т-клеток были определены как6,9 мкм и 1,9 × 10 -4 п соответственно. Человеческие РВМС (от одного здорового донора) имели средний диаметр 7,7 мкм и средний объем 2,7 х 10 -4 нл. Используя этот протокол, мы также протестировали возрастающие концентрации ФМА на предмет их способности активировать Т-клетки. Эти результаты одноклеточные согласуются с анализах пролиферации, проведенных при аналогичных концентрациях РМА.
Несколько соединений сообщили влиять на пролиферацию клеток были испытаны: FTY720 31,32; иммунодепрессанты циклоспорин A, FK506 и рапамицин 27,28; и трамвайно-34, блокатор кальциевых активированных KCa3.1 каналов 33,35. Мы нашли, что, при испытанных концентрациях, наиболее эффективными ингибиторами бластогенеза были ДСА и FK506. Рапамицин был меньше, но статистически значимое влияние на подавляющий бластогенеза. Трамвайно-34, с другой стороны, не влияет на бластогенеза.
CsA подавлено как бластогенез и рroliferation, но не полностью (рис 2B и 2C), демонстрируя , что автоматическое измерение счетчика клеток является хорошим коррелируют эффективности лекарственного средства в пролиферации Т-клеток. В присутствии рапамицина вместе с CsA, бластогенеза полностью ингибировалась, предполагая , что NFAT- и МРМ-опосредованных путей в сочетании могут в полной мере учесть расширение Т-клеток митогенной при стимуляции ФМА / иономицином (рис 3C).
Динамический диапазон некоторых анализов пролиферации ограничено (см рисунок 2). Для анализа пролиферации, такие , как тот , который мы использовали (рис 2С), сообщают сигнал , который включает в себя вклады от апоптотических и некротических клеток. Автоматизированные измерения изменения диаметра не имеют этого ограничения, так как измерения относятся только жизнеспособных клеток. Жизнеспособность клеток оценивали с помощью трипанового голубого пятна от здоровых, жизнеспособных клеток. При измерении размеров, с использованием прямогорассеяние света в проточной цитометрии дискриминации дуплет клеток может быть проблематичным 22. В автоматизированных измерений счетчика клеток, ни один дуплет населения не было найдено (Рисунок 1). Кроме того , измерение было достаточно точным , чтобы различать между эффектами 100 и 200 нМ циклоспорина (таблица 1) , и для обнаружения бластогенеза в течение 12 ч митогенных стимуляции (рис 2D).
Этот новый анализ особенно полезен для небольшого количества образцов. До 15 образцов могут быть измерены в 1 ч. Тем не менее, этот анализ имеет свои ограничения, большинство из которых могут быть смягчены. Несмотря на то, что может эффективно решать небольшой (<1 мкм) разница в диаметре ячейки, модель машины мы использовали более низкий порог обнаружения 5 мкм. Это ограничение может привести к завышению очень малых размеров клеток, так как он эффективно исключает все клетки с меньшим диаметром. Тем не менее, новые модели счетчика клеток имеют Thresh обнаружениядети из ~ 2 мкм, которая должна решить эту проблему. Если есть слишком много мусора в образце, прибор обрабатывает их как жизнеспособные клетки. Кроме того, воздушные пузырьки могут иногда получить в проточную кювету и вызвать искажение изображения клеток, захваченных машиной. Искажение-видимому, не влияет на определение жизнеспособности, но он может повлиять на измеряемые диаметры. Поэтому рекомендуется, чтобы все изображения будут проверены экспериментатором для пузырьков воздуха, прежде чем данные из каждого испытания принимаются для анализа. Поскольку программное обеспечение только рисует круги вокруг ячеек, диаметры несферических клеток могут быть искажены в направлении длинной оси, что делает анализ менее подходящим для несферических клеток.
Этот анализ является быстрым, принимая примерно 4 мин на пробы, по сравнению с анализах пролиферации, которые требуют несколько часов. Сбор данных также довольно просто с помощью программного обеспечения, поставляемого вместе с устройством. Программное обеспечение может экспортировать данные измерений в зрЭлектронная таблица для анализа. И, наконец, это одноклеточные, в отличие от населения, измерения; как бластогенеза и пролиферации измеряются; и он различает жизнеспособных и мертвых клеток одновременно. Он может быть использован для оценки различных линий мышей на предмет их способности смонтировать иммунный ответ. Анализ также может быть успешно использован для измерения бластогенеза в Т – клетках у людей – доноров (фигура 4), и он также может быть использован и в других типах клеток.
Увеличение объема клеток , как известно, способствуют регуляции обмена веществ: набуханием клеток стимулирует глутамин-индуцированный синтез гликогена и липогенез в гепатоцитах 36,37. Нейтрофилы дисплей с миграцией связано увеличение объема 35-60%, в то время как хемотактильными агенты вызывают 10-15% набухания 38-40. Текущий анализ потенциально может быть использован для изучения этих процессов.
The authors have nothing to disclose.
We thank Lucile Wrenshall for the use of the plate reader, Nancy Bigley for useful discussion, and Tom Brown for the gift of ICR mice. This work was funded by grant 1R01AI114804 from the National Institute of Allergy and Infectious Diseases and by WSU Faculty Development funds (to J.A.K.). J.N.G. was supported in part by the National Institute of General Medical Sciences grant R25GM090122.
RPMI-1640 | Lonza | BW12-702F | |
40 μm nylon cell strainers | Thermo Fisher Scientific | 22363547 | |
nylon wool fiber columns | Polysciences, Inc. | 21759-1 | |
50 ml conical tubes | The Lab Depot | TLD431697 | |
6-well cell culture treated plates | USA Scientific | CC7682-7506 | |
96-well cell culture treated plates | Thermo Fisher Scientific | 130188 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Fisher BioReagents | BP231-100 | |
CellTiter 96 AQueous One Solution Cell Proliferation Assay | Promega | G3582 | MTS based assay |
Cyclosporine A | Sigma-Aldrich | 30024 | |
FK506 | Cayman Chemical Company | 104987-11-3 | |
Rapamycin | Santa Cruz Biotechnology | sc-3504 | |
TRAM-34 | Sigma-Aldrich | T6700 | |
FTY720 | Sigma-Aldrich | SML0700 | |
Dynabeads Mouse T-Activator CD3/CD28 | Gibco | 11456D | |
Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) | Acros Organics | 356150010 | |
Ionomycin calcium salt | Sigma-Aldrich | I0634 | |
Penicillin-Streptomycin | MP Biomedicals | ICN1670049 | 100 x stock |
Dulbecco’s phosphate buffered saline (DPBS) | HyClone | SH30378.02 | 10 x stock |
1,4-dithiothreitol (DTT) | Research Products International | 12/3/3483 | reducing agent |
8 µm micro particle size standard | Sigma-Aldrich | 84192-5ML-F | Actual 8.02 µm |
6 µm micro particle size standard | Sigma-Aldrich | 89756-5ML-F | Actual 6.084 µm |
Single magnetic separation stand for 1.5 – 2 mL tube | V&P Scientific, Inc. | VP772F5 | |
Cell culture incubator | Forma Scientific | 3110 | |
Synergy H1 hybrid reader | Bio Tek | BTH1M | |
Vi-CELL cell viability analyzer | Beckman Coulter | 731050 |