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.
응답 림프구 증식 항원하거나 분열 촉진 자극 테스트 면역 (즉, 면역 억제 또는 면역) 화학 화합물 및 생물학적 제제에 유용한 쉽게 정량화 할 수있는 현상이다. 세포 분열시의 초기 단계 중 하나는 분할 전의 세포 부피 증가 가는데 셀 확대 또는 blastogenic 변환된다. 그것은 T 림프구 자극의 첫 번째 몇 시간에서 일반적으로 감지합니다. 여기서는 자동 세포 계수기를 사용하여 마우스 비장 및 인간 말초 혈액 단핵 세포 (PBMC)로부터 단리 된 T 림프구 블라스 정량화 신속한 방법을 설명한다. 대부분의 경우 다양한 일반적으로 사용되는 증식 분석은 힘든 있습니다 만 인구 내에 전체 인구 효과보다는 개인 휴대 효과를 반영합니다. 대조적으로, 제시된 자동 세포 계수기 분석은 할 수 기포 직경의 급격한 다이렉트하고 정확한 측정을 제공한다다양한 분열 촉진 물질과 시험 관내에서 면역 조절 약물의 효과를 평가하기 위해 사용된다.
T 림프구는 포유 동물에서 후천성 면역을 담당 일차 세포이다. 그들이 항원 제시 세포의 표면에서 MHC 분자 제시 펩티드 특정 항원에 반응하는 것으로 알려져있다. 동족의 T 세포 수용체 (TCR) 활성화되면, 셀은 프로세스 blastogenic 변환 또는 블라스 지칭로 확대한다. 자극 1 적용된 후이 프로세스는 제 ~ 6 시간의 검출이다. 블라스 동안 개별 T 세포의 부피가 증가 2- 2-6 4 배. 림프구 클론 확장이라 불리는 공정에서 증식하기 시작 목적은 가능한 한 항원 특이 TCR 담 세포의 많은 복제본을 생성하는 것이다. 자손 세포는 세포 독성 (CD8 +) 또는 헬퍼 (CD4 +) 이펙터 T 림프구로 분화하여 면역 기능을 발휘한다. 따라서, 인간 또는 마우스 혈액 나이브 T 림프구 세포의 G 0 (쉬고) 상에주기 및 지원 최소한의 신진 대사 활동. 항원 또는 분열 촉진 물질에 노출되면, T 세포는 전사 및 단백질 합성 7-10의 병용 자극으로 세포주기를 다시 입력. 예컨대 포르 볼 12- 미리 스테이트 13- 아세테이트 (PMA), 단백질 키나제 C (PKC) 및 칼슘 – 의존성 신호 전달 경로 (1)의 활성화를 통하여 림프구를 자극 이오 노마 이신과 같은 분열 촉진 물질. PMA / 이오 노마 이신으로 T 세포의 활성화에는 TCR 신호 전달 단계를 무시.
시험 관내 증식 분석 널리 림프구 기능, 자극에 반응을 평가하기 위해 사용된다. 대량 살상 무기 확산 수치는 일반적으로 1 ~ 3 일 T 세포 자극의 시작 후 촬영 세포의 수백 또는 수천의 집단 상태를 반영합니다. 다양한 분열 촉진 물질과 시험 관내에서 면역 조절 약물의 효능은 단순히 이들 화합물의 존재 하에서 증식 속도를 측정함으로써 평가 될 수있다. 이 (A)의 일부ssays과 제한은 아래에 설명되어 있습니다.
직접 세포 수를 카운트하는 절차 운영자 에러들의 높은 확률로, 시간 소모적이다.
DNA 합성의 3H 티미 딘 혼입 분석은 DNA 합성을 측정하지만, 주요 제약은 그것의 방사성이다. 비 방사성 대안 BrdU의이지만, 세포 성장을위한 선형 응답의 범위가 제한되고, 항체 처리 절차 (11, 12)에서의 단계의 수를 증가하는 요구된다.
신진 대사 활동, 테트라 졸륨 염 (MTT, MTS, XTT 및 WST-1) 레사 주린 염료 기반의 비색 분석은 세포 집단을 나누어의 일반적인 대사 상태를보고합니다. 그러나, MTT 따라서 측정에 오차를 통합 추가적인 세척 단계를 필요로 배양 배지에서 용해되지; XTT 효율적으로 줄일 수있는 추가 구성 요소를 필요로; MTS-, WST-1 및 레사 주린 기반의 측정에 영향을 줄 수 있습니다배양액의 pH와 그 구성 요소 혈청 알부민 또는 13 ~ 16 페놀 레드에 의해 에드. 이러한 분석은 생세포의 실제 수를 측정하는 것이 아니라 합성 효소 활성을 측정하지 않는다. 따라서, 확산 속도 때문에 정확하게 셀 수와 염료 환원 12,17 사이의 비 – 선형 관계의 대사 분석에 의해 결정될 수 없다.
ATP 농도를 측정하기 위하여, ATP에서 T 세포 활성화 유도 증가 증식과 상관 관계. 그러나 세포 내 ATP 상승은 T 세포 활성화의 초기 단계 중 하나이고; 여러 단계 뒤에 실제 확산 (17, 18)이다.
염료 희석 역가, CFSE 형광 염료가 공유 결합, 세포 내 단백질에 결합하여 세포 얼룩. 염료는 세포 분열 횟수를 추적 할 수있는 형광 강도의 증식 의존적 감소를 나타낸다. 이러한 그러나, 공유 결합 단백질 표지의 기능단백질은 손상 될 수있다. 염료는 높은 농도에서 세포 독성이있다. 낮은 염료 농도에서, 그러나, 초기 형광 강도를 추적 할 수있는 세포 분열 횟수를 감소, 감소된다. 또한, CFSE로 표지 한 후, 19, 20이 분석의 동적 범위를 제한하는 제 24 내지 48 시간의 기간 동안 초기 형광 확산 독립적 ~ 50 %의 손실이있다.
이러한 분석의 대부분은 세포의 다수의 집합 상태를 반영하고, 형광 염료 세포의 치료를 필요로한다. 그들은 화학 물질이나 항체로 염색하여 분석에서 제거되지 않는 괴사 및 세포 사멸 세포는 또한, 이러한 측정에 기여할 수 있습니다.
림프구 블라스에는 광학 현미경 등의 다양한 방법에 의해 평가 또는 4,21,22 유동 세포 계측법 수있다. 여기서, 우리는를 사용하여 T 세포의 크기를 측정하기위한 신속한 방법을 서술N 저장되고 나중에 다시 분석 할 수 실시간 셀 이미지를 수집하는 셀 카운터 자동화. 트립 판 블루 염색 배제에 의해 결정되는 크기를 측정하는 것 외에도, 본 장치는 정확한 세포 수 및 생존 세포의 백분율을 제공한다. 이 프로토콜에서 사용되는 장치가 시판하고, 제조자는 세 개의 다른 기기와 여러 농도 생존 조절을 사용하여 기기의 정밀도를 테스트 하였다. 이러한 연구 결과는 일반적으로 6 % 이하였다 분산 계수를 보였다. 프로토콜에 명시된 바와 같이,이 장치는 6 ㎛ 내지 8 ㎛의 직경의 폴리스티렌 비드 정기적으로 보정한다. 기포 지름에 기초하여 휴지 T 세포와 T의 lymphoblasts 구분할 세포 계수기를 사용하는 이점은 사용의 용이함 및 분석의 자동화 특성이다. 소프트웨어는 각각의 셀 주변에 원을 드로잉하여 기포 직경을 산출 할 수있다. 또한, IM나이는 세포를 식별하고 올바르게 주위에 원을 그릴 때 기기의 정확성을 확인할 수 있습니다 운영자에 볼 수 있습니다. 제한의 측면에서, 기기는 파편과 세포를 구분하지 자체 수 따라서,이 처리되는대로 오퍼레이터마다 화상을 보는 것이 중요하다. 분석에 사용 가능한 필드의 수를 감소 기포를 혼입하는 가능성이있다; 정기 플러싱 유지 행하는 경우에는,이 드물다.
본 연구에서는 비장 T 림프구 집단 이오 노마 이신 및 12-48 시간 동안 PMA 증가하는 농도로 자극 하였다. 2 NG / ㎖ 유도 강력한 blastogenic 응답 모두 상당한 확산 낮은 PMA 농도. 예컨대 면역 억제제 사이클로스포린 A (CSA), FK506 (타 크롤리 무스), 및 라파 마이신 (시 롤리 무스)뿐만 아니라, 이온 채널 차단제 전차-34 및 FTY720 여러 약물의 효과의 측정 (fingoli모드는) 블라스에 확산에보고 된 영향과 좋은 계약을 보여 주었다. 항 CD3, 항 CD28 항체 – 코팅 된 자성 비드와 PMA / 이오 노마 이신과 쥐 T 세포 자극에 인간 PBMC를 blastogenic의 응답도를 측정 하였다.
셀 카운터 분석법 블라스 동시에 그러나 별도로 증식률 (셀 밀도) 모두 정량화, 이들 효과의 조합을 보면 전술의 방법과 달리. 제시된 프로토콜은 세포 분열과 면역 조절제의 효능을 평가하기위한 신속하고 강력한 기술을 제공한다.
여기서는 자동 세포 계수기를 사용하여 T 세포 blastogenic 변화의 신속한 검출 및 정량하기위한 기술을 설명한다. 우리의 조건 (250 NG / ㎖ PMA 및 이오 노마 이신 자극 250 ㎚)에서, 셀 면적이 두 배 및 활성화의 48 시간 후의 부피 3 배 증가 하였다. 분석은 세포 부피 (도 2D)를 휴식에 비해 1.25 배 증가 된 활성의 처음 12 시간 동안 블라스팅을 검출하기에 충분히 민감하다. 항 CD3, 항 CD28 항체 – 코팅 된 자성 비드를 이용하여 T 세포 활성화의보다 생리 관련 메커니즘은 부피 평균 2.3 배 증가 (활성화 후 72 시간도 3D)와 상당한 blastogenic 반응을 일으켰다. 인간 단핵 세포는 48 시간 (그림 4)에 대한 PMA에 따라 볼륨의 2.6 배 변경 / 자극 이오 노마 이신을 보였다. ICR 마우스 비장의 T 세포 평균 직경과 부피로 측정 하였다각각 6.9 μm의 1.9 × 10 -4에서 nl. 인간 PBMC를는 (하나의 건강한 기증자로부터), 7.7 ㎛의 평균 직경은 2.7 × 10 -4 NL 평균 부피를 가졌다. 이 프로토콜을 이용하여, 우리는 또한 T 세포를 활성화하는 그들의 능력에 대하여 PMA의 농도를 증가시키는 시험. 이 단일 셀과 유사한 결과를 PMA 농도에서 수행 증식 분석법과 일치 하였다.
세포 증식에 영향을 미치는 것으로보고 된 여러 화합물 시험 하였다 : FTY720 31, 32; 면역 억제제 사이클로스포린 A, FK506 및 27, 28를 라파 마이신; 트램-34, 칼슘 활성화 KCa3.1 채널 33, 35의 차단. 우리는 시험 농도에서, 블라스의 가장 강력한 억제제 사이클로스포린과 FK506 있었다 것으로 나타났습니다. 라파 마이신은 블라스에 작지만 통계적으로 유의 한 억제 효과가 있었다. TRAM-34 한편, 블라스 영향을주지 않았다.
사이클로스포린은 모두 블라스 및 P를 억제roliferation는 완전하지는 않지만 (도 2B 및 2C)가 그 자동 세포 계수기 측정을 설명하면 T 세포 증식 약물 효율 좋은 상관 관계이다. 사이클로스포린과 함께 라파 마이신의 존재하에 블라스 조합 NFAT-와 mTOR의 매개 경로가 완전히 PMA / 이오 노마 이신 (도 3c)과 분열 촉진 자극에 T 세포 확대 설명 할 수 있음을 시사 완전히 억제되었다.
좀 증식 분석의 동적 범위 (도 2 참조)에 한정된다. 이러한 우리가 사용했던 하나 (그림 2C), 세포 사멸 및 괴사 세포의 기여를 포함하는 신호를 보고서로 확산 분석. 측정은 생존 세포에만 속하는 자동 직경 변화 측정은, 그 제한이 없다. 세포 생존율은 건강, 생존 세포에서 트리 판 블루 염색의 배제에 의해 평가된다. 크기 측정에서, 앞으로 사용이중 셀 차별 유동 세포 계측법 빛 산란은 22 문제가 될 수 있습니다. 자동 셀 카운터 측정에서 더 이중 인구는 (그림 1) 찾을 수 없습니다. 또한, 측정은 100 내지 200nm의 사이클로스포린 (표 1)과 분열 촉진 자극 12 시간 (도 2D) 내에 블라스 검출하기의 효과를 구별하기에 충분히 정확한이었다.
이 새로운 분석은 샘플의 작은 숫자에 특히 유용합니다. 최대 15 개의 시료를 1 시간에 측정 할 수있다. 그러나, 분석은 완화 될 수 대부분의 한계가있다. 효과적으로 기포 직경의 작은 (<1 ㎛)의 차이를 확인할 수 있지만, 우리가 사용하는 기종 5 ㎛의 낮은 검출 한계를 가진다. 효과적으로 작은 직경 모든 셀을 제외하기 때문에이 제한은, 매우 작은 셀 크기의 과대 평가 될 수 있습니다. 그러나, 셀 카운터의 새로운 모델은 검출 임계점을이 문제를 완화해야 ~ 2 μm의의 세. 너무 많은 이물질 샘플에 존재하는 경우, 기계는 그들을 같은 생존 세포를 취급한다. 또한, 기포가 때때로 플로우 셀에 들어가서 기기의 촬상 화상의 세포 변형을 일으킬 수있다. 왜곡 가능성 판정에 영향을 미치지 않는 것으로 보이지만, 측정 된 직경에 영향을 미칠 수있다. 따라서, 각 시험의 데이터 분석을 위해 허용되기 전에 모든 이미지는 기포의 실험에 의해 확인하는 것이 좋습니다. 소프트웨어 셀만 주위 원 무 때문에 비구면 셀 직경 비구면 세포 분석 덜 적합하다 장축 방향으로 비스듬 할 수있다.
이 분석은 몇 시간을 필요로 증식 분석, 비교, 샘플 당 약 4 분 복용, 빠른이다. 데이터 수집 장치와 함께 제공되는 소프트웨어를 사용하여도 오히려 간단하다. 이 소프트웨어는 SP로 측정 데이터를 내보낼 수 있습니다분석을 위해 readsheet. 인구 측정 달리 마지막으로, 하나의 셀은이고; 블라스 증식 모두 측정; 그리고 동시에 가능한 죽은 세포를 구분합니다. 이는 면역 반응을 탑재 할 수있는 능력에 대한 다양한 변형 마우스를 평가하는데 사용될 수있다. 상기 분석은 인간 기증자 (도 4)에서 T 세포 블라스의 측정을 성공적으로 사용될 수 있으며, 또한 다른 유형의 세포에 사용될 수있다.
세포 부피 증가가 대사의 조절에 기여하는 것으로 알려져있다 : 세포 부종은 간세포 (36, 37)에서 글루타민에 의한 글리코겐 합성 및 지방 생성을 자극한다. 화성 에이전트가 38-40 붓기 10-15%을 유도하면서 호중구는 35~60%의 마이그레이션 관련 볼륨 증가를 표시합니다. 현재의 분석은 잠재적으로 이러한 공정을 연구 할 수있다.
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 |