Análise da interação de nanopartículas com subpopulações definidas de células do sistema imunológico, por citometria de fluxo.
Nanopartículas são dotados de propriedades muito promissoras para fins terapêuticos e de diagnóstico. Este trabalho descreve um método rápido e confiável de análise por citometria de fluxo para estudar a interação de nanopartículas com células do sistema imunológico. Células imunitárias primárias podem ser facilmente purificadas a partir de tecidos humanos ou de rato por isolamento magnético mediada por anticorpos. No primeiro caso, as diferentes populações de células que funcionam num citómetro de fluxo pode ser distinguida pela luz dispersa para a frente-(FSC), que é proporcional ao tamanho da célula, e a luz dispersa-lateral (SSC), relacionados com a complexidade celular interna. Além disso, os anticorpos marcados com fluorescência contra receptores específicos da superfície celular permite a identificação das várias subpopulações de dentro da mesma amostra. Muitas vezes, todos esses recursos variam quando as células são impulsionadas por estímulos externos que mudam seu estado fisiológico e morfológico. Aqui, de 50 nm de FITC-SiO 2 nanopartículas são usadas como um modelo para identificar the internalização de materiais nanoestruturados em células imunitárias do sangue humano. A fluorescência celular e leve aumento espalhadas do lado após incubação com nanopartículas nos permitiu definir o tempo ea dependência concentração de interação de células de nanopartículas. Além disso, tais protocolos pode ser estendida para investigar Rodamina-SiO 2 nanopartículas interacção com microglia primário, as células do sistema imunológico residentes no sistema nervoso central, isolado a partir de ratinhos mutantes que expressam especificamente a proteína verde fluorescente (GFP) da linhagem monócito / macrófago. Finalmente, a citometria de fluxo de dados relacionados com a nanopartícula interiorização nas células ter sido confirmada por microscopia confocal.
Nanomateriais são hoje inspirando o interesse de cientistas de vida para os potenciais aplicações para a biomedicina 1. Uma grande variedade de materiais inorgânicos e orgânicos podem ser utilizados para a produção de nanoestruturas com diferentes formas físicas, e características químicas. Entre essas estruturas, nanopartículas de forma esférica demonstrado grande potencial para a medicina diagnóstica e de translação 2. O seu núcleo e design de superfície são movidos por uma possível aplicação e implica um estudo profundo de respostas das células-alvo após o contato de nanopartículas e interação. As nanopartículas que são pensados para ser administrado deliberadamente a seres humanos vai entrar em contato direto com vários tipos de células do sistema imunológico. A sua responsabilidade de manter a integridade do corpo torna um tema crucial da investigação em nanomedicina 3.
A parte celular do sistema imunológico inato é representada principalmente por phagocitos. Entre eles, a linhagem dos monócitos / macrófagos, células derivadas, incluindo as microglia residentes no sistema nervoso central, desempenha um papel fundamental na defesa imunológica 4,5. Eles são capazes de desencadear respostas de protecção dentro de poucas horas após encontrar com corpos estranhos. Além disso, coordenar as células monocíticas e instruir a resposta imune adaptativa por meio da liberação de citocinas. Todos estes acontecimentos ocorrem mesmo na presença de materiais fabricados, os quais são em grande parte percebidos como "não-eu" pelo sistema imunitário 6.
Entre os métodos historicamente utilizados em imunologia para análise das células, citometria de fluxo representa uma das ferramentas mais poderosas. Além disso, a disponibilidade de tecnologias para a identificação ou purificação de uma subpopulação específica imune (geralmente explorando a exclusão ou a presença de uma única proteína de membrana) permite uma investigação exacta dos efeitos de um determinado nanopartículas em que ce primário especialll tipo 7. No entanto, as células podem apresentar alterações fisiológicas e morfológicas após exposição a nanopartículas. Além disso, as nanopartículas podem interferir com os parâmetros ópticos específicos, tais como a absorção ou emissão de luz em comprimentos de onda definidos, influenciar os resultados obtidos 8. Assim, os limites de utilização e eventuais adaptações de ensaios imunológicos clássicos para o estudo de novos materiais devem ser considerados.
Este trabalho refere-se à detecção de interações de nanopartículas com células imunes primárias por citometria de fluxo. Para abordar esta questão, 50 nm FITC-SiO 2 nanopartículas foram empregados como um nanomaterial modelo para descrever o método. As partículas de sílica podem ser produzidas de uma maneira muito precisa em escala nanométrica. Tamanho, forma, e propriedades de superfície, tais como carga ou hidrofobicidade, pode ser afinado para aumentar a sua biocompatibilidade 9. Muitos recursos de SiO 2 nanopartículas lhes permitem ser utilizado como ummodelo para a entrega da droga partículas 10. Além disso, corantes fluorescentes ou pontos quânticos pode ser preso ou ligados a estas partículas nano-oferecendo ferramentas úteis para fins de imagem 11.
O protocolo experimental apresenta pontos muito importantes a serem levados em conta. É muito importante para o trabalho a 4 ° C (em gelo) e, possivelmente, no escuro, durante todas as etapas de coloração, porque temperaturas mais altas e as luzes podem afectar negativamente o rendimento de coloração. Nanopartículas pode ser sonicada para ser melhor ressuspenso imediatamente antes da utilização.
Um fluxo correto citometria análise requer uma calibração correta nos diferentes canais. A calibração do instrumento deve ser realizada antes de cada sessão experimental. Além de problemas técnicos com a instrumentação, não pode haver também problemas com a rotulagem de anticorpos. É obrigatório para utilizar o anticorpo numa concentração apropriada. Se a concentração é muito alta ou muito baixa, a intensidade de sinal de insatisfação pode ser a conseqüência.
As desvantagens desta preocupação técnica, a necessidade de trabalhar com amostras monodispersas, à incapacidade de localizar olocal de origem do sinal (isto é, diferentes compartimentos celulares). Existem também algumas limitações na escolha de fluorocromos que ser utilizadas, em combinação: o comprimento de onda da excitação e as bandas de emissão tem de ser suficientemente separadas para permitir a sua medição apropriado. Se os espectros de anticorpos utilizados sobrepõem, é necessária uma compensação correcta.
A citometria de fluxo é um método poderoso para a análise de células, na presença ou ausência de nanopartículas. Esta técnica permite um estudo multiparamétrica de uma célula, um grande número de eventos analisados, rapidez de análise (mais de 1000 células / seg), reprodutibilidade e leituras estatísticos. As amostras podem ser processadas sem perder a viabilidade celular.
Usando nanopartículas marcados com fluorescência é possível qualificar e quantificar a sua internalização em subpopulações de células, que são identificados por meio de marcadores específicos expostos na membrana celular. Parâmetros celulares podem mudar em presença de s nanopartículas ESPECÍFICAS. Dependendo do objectivo da pesquisa, estas variações podem ser utilizadas para identificar um fenómeno específico, tal como espalhamento lateral das células que, proporcionalmente, aumenta com o aumento da taxa de internalização de nanopartículas.
Modificações induzidas por nanopartículas de superfície celular também pode representar uma limitação da técnica. Por esta razão, o volume de receptores de membrana celular deve ser sempre levada em consideração e, possivelmente, conhecida com antecedência, para caracterizar com precisão a população de células de interesse. Deficiências extremas de membrana de osmose em amostras de nanopartículas sobrecarregado pode levar à morte da célula.
Nanomaterial toxicidade dependente da dose deve ser empiricamente testados para cada população de células. Células mortas bem definido devem ser excluídos da quantificação de fluorescência. Por exemplo, a coloração de anexina V / PI é um dos vários métodos geralmente utilizados para detecção de células tanto em necrose e apoptose.
"> Células primárias expressando GFP são também uma ferramenta poderosa para selecionar uma determinada subpopulação de células e coletar dados sem prelabeling. A combinação com nanopartículas fluorescentes complementares permite uma quantificação muito rápido e precisa de interação célula-nanopartícula. Entrega da droga ou gene é pensado para ser melhorado no futuro, a aplicação de nanopartículas capazes de liberar uma carga específica de drogas em tecidos selecionados.Emprego de nanopartículas como moduladores específicos portadores de entrega e / ou imunes para farmacêutico requer o conhecimento do ambiente biológico (ou seja, por meio de citometria de fluxo) para estudar as interações célula-nanopartículas.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado pela Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia.
Os autores gostariam de agradecer Miltenyi Biotec GmbH (Bergisch Gladbach, Alemanha) para o patrocínio deste manuscrito, Dr. Paolo Petrucciani (Departamento de Imuno-hematologia e serviço de transfusão, Hospital Lotti Pontedera, Pisa, Itália) para a prestação de buffy coats humanos e Prof Massimo Pasqualetti (Departamento de Biologia – Unidade de Biologia Celular e do Desenvolvimento, da Universidade de Pisa, Pisa, Itália) para a habitação a colônia mouse.
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 |