Análisis de la interacción de nanopartículas con subpoblaciones definidas de células inmunes por citometría de flujo.
Las nanopartículas de ingeniería están dotados de propiedades muy prometedoras para fines terapéuticos y diagnósticos. Este trabajo describe un método rápido y fiable de análisis por citometría de flujo para estudiar la interacción de las nanopartículas con las células inmunes. Células inmunes primarios se pueden purificar fácilmente a partir de tejidos humanos o de ratón por aislamiento magnético mediada por anticuerpos. En el primer caso, las diferentes poblaciones celulares que se ejecutan en un citómetro de flujo se pueden distinguir por la luz dispersada hacia adelante (FSC), que es proporcional al tamaño de la célula, y la luz dispersada lateral (SSC), en relación a los teléfonos complejidad interna. Además, los anticuerpos marcados fluorescentemente contra receptores específicos de la superficie celular permiten la identificación de varias subpoblaciones dentro de la misma muestra. A menudo, todas estas características varían cuando las células son impulsadas por los estímulos externos que cambian su estado fisiológico y morfológico. Aquí, 50 nm de SiO FITC-2 nanopartículas se utilizan como un modelo para identificar ªe internalización de los materiales nanoestructurados en las células inmunes de la sangre humana. La fluorescencia celular y aumento de la luz dispersada de lado después de la incubación con nanopartículas nos permitió definir el tiempo y dependencia de la concentración de la interacción de las células de las nanopartículas. Por otra parte, tal protocolo puede ser extendido para investigar Rodamina-SiO 2 interacción de nanopartículas con primaria microglia, las células inmunes residentes sistema nervioso central, aislado de ratones mutantes que expresan específicamente la proteína verde fluorescente (GFP) en el linaje de monocitos / macrófagos. Por último, la citometría de flujo de datos relacionados con la nanopartícula la internalización en las células se han confirmado por microscopía confocal.
Nanomateriales artificiales son hoy en día inspiran el interés de los científicos de la vida para potenciales aplicaciones en biomedicina 1. Una amplia variedad de materiales inorgánicos y orgánicos se puede utilizar para producir nanoestructuras con diferentes formas, físicas y características químicas. Entre estas estructuras, las nanopartículas de ingeniería de forma esférica demostraron un gran potencial para la medicina de diagnóstico y de la traducción 2. Su núcleo y diseño de la superficie son impulsados por una posible aplicación e implica un profundo estudio de las respuestas de células diana tras el contacto y la interacción de las nanopartículas. Las nanopartículas que se piensan para ser administrado deliberadamente a seres humanos entrarán en contacto directo con varios tipos de células del sistema inmune. Su responsabilidad de mantener la integridad corporal ellas un tema crucial de la investigación en nanomedicina 3 hace.
La parte celular del sistema inmune innato está representada principalmente por fagocitos. Entre ellos, el linaje de los monocitos / macrófagos células derivadas, incluidos los nerviosos residentes microglia centrales del sistema, juegan un papel clave en la defensa inmune 4,5. Ellos son capaces de desencadenar respuestas protectoras dentro de pocas horas después de encontrarse con cuerpos extraños. Por otra parte, las células monocíticas coordinar e instruir a la respuesta inmune adaptativa a través de la liberación de citoquinas. Todos estos eventos se producen incluso en presencia de materiales de ingeniería, que se perciben en gran medida como "no propio" por el sistema inmune 6.
Entre los métodos utilizados históricamente en la inmunología para el análisis celular, citometría de flujo representa una de las herramientas más poderosas. Además, la disponibilidad de tecnologías para la identificación o purificación de una subpoblación inmune específica (a menudo explotando la exclusión o la presencia de una proteína de membrana individual) permite una investigación precisa de los efectos de un cierto nanopartículas en que ce primaria en particularll tipo 7. Sin embargo, las células pueden presentar alteraciones fisiológicas y morfológicas después de la exposición a las nanopartículas. Además, las nanopartículas pueden interferir con parámetros ópticos específicos, tales como absorción o emisión de luz a longitudes de onda definidas, que influyen en los resultados obtenidos 8. Por lo tanto, límites de utilización ya las adaptaciones eventuales de ensayos inmunológicos clásicos en el estudio de nuevos materiales deben ser considerados.
Este trabajo se refiere a la detección de interacciones de nanopartículas con células inmunes primarias por citometría de flujo. Para abordar esta cuestión, el 50 nm FITC-SiO 2 nanopartículas se emplean como modelo nanomaterial para describir el método. Las partículas de sílice pueden ser producidas de una manera muy precisa en la escala nanométrica. Tamaño, forma, y propiedades superficiales, tales como carga o hidrofobicidad, se pueden finamente sintonizados para aumentar su biocompatibilidad 9. Muchas de las características de SiO 2 nanopartículas les permiten ser utilizados como unmodelo para la administración de fármacos partículas 10. Además, los tintes fluorescentes o puntos cuánticos pueden ser atrapados o vinculadas a estas partículas que ofrecen útiles nano-herramientas para los propósitos de formación de imágenes 11.
El protocolo experimental presenta puntos muy importantes a tener en cuenta. Es muy importante trabajar a 4 ° C (en hielo) y, posiblemente, en la oscuridad, durante todas las etapas de tinción, ya temperaturas más altas y las luces pueden afectar negativamente el rendimiento de la tinción. Las nanopartículas se podrían sonicaron a ser mejor resuspendieron justo antes del uso.
Un flujo correcto análisis de citometría requiere una calibración correcta en los diferentes canales. La calibración del instrumento debe realizarse antes de cada sesión experimental. Además de los problemas técnicos con la instrumentación, no puede haber también problemas con el anticuerpo etiquetado. Es obligatorio el uso del anticuerpo en una concentración adecuada. Si la concentración es demasiado alta o demasiado baja, la intensidad de señal insatisfactorias pueden ser la consecuencia.
Las desventajas de esta técnica de preocupación la necesidad de trabajar con muestras monodispersas, la imposibilidad de localizar elEl sitio de origen de la señal (es decir, diferentes compartimentos celulares). También hay algunos límites en la elección de los fluorocromos a utilizar en combinación: la longitud de onda de la excitación y las bandas de emisión debe estar suficientemente separados para permitir su medición apropiado. Si los espectros de anticuerpos utilizados se superponen, se requiere una compensación correcta.
La citometría de flujo es un método potente para el análisis de células en presencia o ausencia de nanopartículas. Esta técnica permite un estudio multiparamétrico de una célula, un alto número de eventos examinado, rapidez de análisis (más de 1.000 células / seg), reproducibilidad y lecturas estadísticos. Las muestras se pueden procesar sin perder la viabilidad celular.
Mediante el uso de nanopartículas marcadas con fluorescencia es posible calificar y cuantificar su internalización en las subpoblaciones de células, que se identifican mediante marcadores específicos expuestos en la membrana celular. Los parámetros de celda pueden cambiar en presencia de s nanopartículas ESPECÍFICAS. Dependiendo del objetivo de la investigación, estas variaciones pueden ser utilizados para identificar un fenómeno específico, tales como dispersión de lado de células que aumenta proporcionalmente con la tasa de internalización de nanopartículas creciente.
Modificaciones inducidas nanopartículas de superficie celular también pueden representar una limitación de la técnica. Por esta razón, receptores de membrana celular rotación debe ser siempre tomada en consideración y posiblemente conoce de antemano para caracterizar precisamente la población celular de interés. Deficiencias extremas de osmosis membrana en muestras de nanopartículas sobrecargado puede conducir a la muerte celular.
Nanomaterial toxicidad dependiente de la dosis debe ser probado empíricamente para cada población celular. Células muertas claramente definidos deben ser excluidos de la cuantificación de la fluorescencia. Por ejemplo, la tinción de anexina V / PI es uno de los varios métodos generalmente utilizados para detectar células necróticas y apoptóticas tanto.
"> Células primarias que expresan GFP son también una herramienta poderosa para seleccionar una determinada subpoblación de células y recoger datos sin prelabeling. La combinación con nanopartículas fluorescentes complementarias permite una cuantificación muy rápido y preciso de la interacción célula-nanopartícula. Drogas o la entrega de genes se cree que mejorar en el futuro por la aplicación de nanopartículas capaces de liberar una carga específica de drogas en los tejidos seleccionados.Empleo de nanopartículas como moduladores específicos portadores de entrega y / o inmunológicos para industria farmacéutica requiere el conocimiento del medio biológico (es decir, mediante citometría de flujo) para estudiar las interacciones célula-nanopartículas.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Instituto Italiano de Tecnología.
Los autores desean agradecer a Miltenyi Biotec GmbH (Bergisch Gladbach, Alemania) para el patrocinio de este manuscrito, el doctor Paolo Petrucciani (Departamento de Inmuno-hematología y Servicio de Transfusión del Hospital Lotti Pontedera, Pisa, Italia) para proporcionar capas leucocitarias humanos y Prof. Massimo Pasqualetti (Departamento de Biología – Unidad de Biología Celular y del Desarrollo de la Universidad de Pisa, Pisa, Italia) para alojar la colonia de ratones.
HBSS | Gibco | 14170-088 | Warm in 37 °C water bath before use |
RPMI-1640 (ATCC Modified) | Gibco | A10491-01 | Warm in 37 °C water bath before use |
DMEM, High Glucose, phenol red | Gibco | 41966-029 | |
Penicillin-Streptomycin, Liquid | Gibco | 15140-122 | |
Gentamycin | Gibco | 15710-049 | |
Horse Serum (lot n° 1131917) | Gibco | 16050-122 | |
Beta-mercaptoethanol | Gibco | 21985-023 | |
Trypsin 2.5% | Gibco | 15090-046 | |
Human Pooled Serum | Invitrogen | 34005100 | |
Versene | Invitrogen | 15040-033 | |
DNAse I | Sigma Aldrich | D5025-150KU | |
CD11b-VioBlue human & mouse | Miltenyi Biotec | 130-097-336 | |
MACS BSA Stock Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | |
autoMACS Rinsing Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-222 | |
Running buffer | Miltenyi Biotec | 130-092-747 | |
autoMACS Running Buffer | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | |
Human Pan monocyte isolation kit | Miltenyi Biotec | 130-096-537 | |
Whole Blood Column Kit | Miltenyi Biotec | 130-093-545 | |
Whole Blood CD14 MicroBeads, human | Miltenyi Biotec | 130-090-879 | |
MS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
MidiMACS Separator | Miltenyi Biotec | 130-042-302 | |
MiniMACS Separator | Miltenyi Biotec | 130-042-102 | |
Red Blood Cell Lysis Solution | Miltenyi Biotec | 130-094-183 | |
Pre-Separation Filters 30 µm | Miltenyi Biotec | 130-041-407 | |
MACSQuant Analyzer flow cytometer | Miltenyi Biotec | 130-092-197 | |
MACSQuant Calibration Beads | Miltenyi Biotec | 130-093-607 | |
Ficoll-Paque Premium | GE Healthcare | GEH17544202 | |
FITC-SiO2 nanoparticles (50nm, +45mV) | HiQ-Nano Company | ||
Rhodamine-SiO2 nanoparticles (50nm, +45mV) | HiQ-Nano Company | ||
12-well plate Falcon | Becton Dickinson | 353043 |