This method demonstrates a technique for assessing granulocyte function by simultaneously measuring phagocytosis of bacteria and oxidative burst. Image-based flow cytometry allowed for the identification of three distinct subsets of activated granulocytes that all differed in their relative functional capacity.
Granulocytes play a key role in the body’s innate immune response to bacterial and viral infections. While methods exist to measure granulocyte function, in general these are limited in terms of the information they can provide. For example, most existing assays merely provide a percentage of how many granulocytes are activated following a single, fixed length incubation. Complicating matters, most assays focus on only one aspect of function due to limitations in detection technology. This report demonstrates a technique for simultaneous measurement of granulocyte phagocytosis of bacteria and oxidative burst. By measuring both of these functions at the same time, three unique phenotypes of activated granulocytes were identified: 1) Low Activation (minimal phagocytosis, no oxidative burst), 2) Moderate Activation (moderate phagocytosis, some oxidative burst, but no co-localization of the two functional events), and 3) High Activation (high phagocytosis, high oxidative burst, co-localization of phagocytosis and oxidative burst). A fourth population that consisted of inactivated granulocytes was also identified. Using assay incubations of 10, 20, and 40-min the effect of assay incubation duration on the redistribution of activated granulocyte phenotypes was assessed. A fourth incubation was completed on ice as a control. By using serial time incubations, the assay may be able to able to detect how a treatment spatially affects granulocyte function. All samples were measured using an image-based flow cytometer equipped with a quantitative imaging (QI) option, autosampler, and multiple lasers (488, 642, and 785 nm).
Los granulocitos representan un componente del sistema inmune innato del cuerpo, que proporciona la primera línea de defensa contra los antígenos invasores. Los métodos anteriores para evaluar la función de los granulocitos se centraron en la capacidad de fagocitosis o la explosión oxidativa usando métodos separados, por lo que es difícil determinar colectivamente cómo han cambiado los granulocitos 1-4. Los avances en el campo de la citometría de flujo han dado lugar a la producción de instrumentos de laboratorio capaces de alta resolución, formación de imágenes multi-color de las celdas de una manera de alto rendimiento 5. La capacidad de combinar formación de imágenes con el flujo tradicional representa citometría de un avance que proporciona la plataforma tecnológica necesaria para innovar dentro de citometría de flujo existente métodos y extraer nueva información sobre el sistema inmune.
Durante los últimos diez años, nuestro laboratorio, entre otros, se ha enfocado agudamente en el efecto de varios tratamientos Patte nutricional y de ejerciciorns sobre la función inmune innata 6-9. El método se demuestra en este manuscrito tiene implicaciones prácticas en el campo de la inmunología clínica. El presente método aprovecha el poder de la imagen basada en la citometría de flujo para medir simultáneamente la fagocitosis de partículas bacterianas y explosión oxidativa. Con este enfoque, uno es capaz de separar los granulocitos activados mediante variables proporcionadas por la parte basada en imágenes de los análisis. Estos subgrupos fueron sólo identificable después de evaluar las imágenes celulares en los granulocitos individuales. Además tiempo de incubación de ensayo afectó a la transición entre los tres subconjuntos de activación 10. Por lo tanto, es plausible que el uso de múltiples tiempos de incubación puede permitir a un método para examinar el cambio en la función de granulocitos después de un tratamiento experimental específico. El propósito de este manuscrito era demostrar un método de evaluación de función de los granulocitos mediante el uso de la imagen basada en citometría de flujo para medir simultáneamente la fagocitosis con oxidative estalló.
El presente método representa un refinamiento de los métodos existentes para la evaluación de la función de los granulocitos mediante citometría de flujo 1,3,4,12-14. Los pasos críticos de este ensayo tienden a estar relacionados con la mezcla apropiada de la muestra de sangre con las biopartículas y DHE. Una mezcla incompleta dará lugar a resultados inexactos. Mientras que la mezcla completa es crítica, el método de mezcla debe ser suave en la naturaleza. Se sugiere que el mezclado se lleva a cabo utilizando una pipeta electrónica con una función de mezcla en lugar de un mezclador de vórtice. Otro paso crítico en el ensayo es para asegurar siempre no hay sangre contaminar el medio superior del tubo de ensayo. Esta sangre residual se puede eliminar con un aplicador con punta de algodón estéril. La eliminación completa es importante porque de no hacerlo, puede contaminar la preparación de ensayo final con los glóbulos rojos no lisados.
Antes de utilizar este método de controles apropiados de compensación debe añadirse a controlar spectral solapamiento entre los reactivos utilizados para identificar los distintos aspectos de la función de los granulocitos. Para este método, los controles de compensación implican recoger muestras de sangre que se han sugerido la incubación de ensayo 40 min y después marcaje con un único marcador (es decir, E. coli, DHE, etc.). Después de etiquetado, eventos positivos individuales se recogen y una matriz de compensación se genera mediante un asistente automatizado en el software de análisis de IDEAS. Es crítico que si se utiliza este ensayo, controles de compensación adecuados se completan para garantizar el rendimiento del ensayo adecuado.
El análisis se lleva a cabo mediante los asistentes buscador función y co-localización para identificar que la intensidad detalle brillante es la mejor variable para separar las poblaciones y también identificar cómo existe mucha superposición entre el estallido oxidativo y señales de fagocitosis. Específicamente, el uso de citometría de la imagen basada proporcionado la capacidad para segregar los granulocitos activados en tres subconjuntos. Tsu desglose subconjunto se determinó utilizando intensidad detalle brillante de la fagocitosis vs. estallido oxidativo. Además de examinar estas funciones celulares singulares, se identificaron las células que presentaban ambos eventos al mismo tiempo en la misma localización anatómica (co-localización). Los granulocitos que cayeron en el subconjunto de "alto activo" fueron el único fenotipo que demostró un co-localización consistente entre la fagocitosis y el estallido oxidativo. Esta identificación de subgrupos de granulocitos activados es la mayor área donde se necesita la solución de problemas. Es muy importante para un nuevo usuario tomar tiempo para entender el flujo de trabajo de proceso muestra en IDEAS y comprender la mecánica de conmutar los poblaciones de células mediante el componente de imagen. Otras modificaciones que un usuario puede tratar de hacer que incluyen la selección de tiempos de incubación de ensayo alternativos o adicionales. El método actual sugiere el uso de una duración de 10-40 min; sin embargo, dependiendo del modelo experimental en el que este método espara ser utilizado, puede ser necesario seleccionar duraciones de ensayo más largo. Tendría que ser evaluado de forma individual tal modificación.
Además se determinó que la duración de la incubación ensayo tiene un efecto significativo en la aparición de los tres subconjuntos activados. El enfoque descrito en este informe representa una extensión de la información que se podría obtener con anterioridad respecto a la función de granulocitos 3,4,13,15. Otros laboratorios han demostrado la importancia de evaluar los cambios en la función de los granulocitos como parte de una evaluación exhaustiva de la inmunidad y la enfermedad 15-17. A pesar del potencial de este ensayo no es sin limitaciones. Una de las principales limitaciones es el costo y el tiempo asociado con la alta demanda de procesamiento de muestra de rendimiento. Cuando un diseño de estudio requiere un gran número de muestras en un día dado, estos pueden ser difíciles de procesar. El procesamiento se racionalizará el uso de pipetas y dispensadores electrónicos,pero éstas tienden a ser caros y no están necesariamente disponibles en todos los laboratorios.
Nuestra área de investigación se centra en el estudio de cómo el ejercicio y los hábitos alimenticios influyen en la salud del sistema inmune y la función 6,8-10,18-20. Tales objetivos tienen implicaciones prácticas importantes para una variedad de áreas de la salud humana. Más allá del estudio de ejercicio y los efectos nutritivos el método de la fagocitosis demostrado en este manuscrito podría ser útil en otras áreas de la inmunología clínica donde el control de la función de fagocitosis es crítico para los resultados del tratamiento. El presente ensayo es el primero de muchos que ensayos inmunológicos con el potencial de ser reinventados tomando ventajas de la información única imagen que puede ser posible a partir de un flujo basado en imágenes citómetro.
The authors have nothing to disclose.
The present study was funded in part by a Research Initiation Grant (RIG) from the University of North Texas to Dr. McFarlin. The authors did not receive direct funding for the completion of this study and report no conflict of interest.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
Vacutainers | BD Life Sciences | used for blood collection | |
WBC Fixative / RBC Lysis solution | eBioscience | 00-5333-57 | |
CD66b-APC | eBioscience | clone G10F5 | |
CD45-APCeFluor780 | eBioscience | clone 2D1 | |
s.aureus bioparticles | Life Technologies | A10010 | |
dihydroethidium | Sigma-Aldrich | D7008 | |
N-ethylmalemide | Sigma-Aldrich | 4259 | |
7AAD | EMD Millipore | ||
Hematology Analyzer | Mindray | BC-3200 | |
96-channel pipet | Integra Biosciences | ViaFlo | |
Bead Bath Incubator | LabArmour | BeadBath | |
Imaging Flow Cytometer | EMD Millipore | Amnis FlowSight | |
INSPIRE Software | EMD Millipore | Amnis INSPIRE | |
IDEAS Software | EMD Millipore | Amnis IDEAS | |
X-Pierce Piercable Plate Sealer | Excel Scientific, Inc. | X-Pierce | |
Dell Precision Workstation | Dell Computers | Various | Used for IDEAS analysis |