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.
响应淋巴细胞增殖对抗原或有丝分裂的刺激是检验免疫调节( 即免疫抑制或免疫)化合物和生物制剂有用容易量化的现象。其中的有丝分裂过程中最早的步骤是细胞肿大或母细胞转化,于是分割前的细胞体积增大。它通常是在第一几个小时的T淋巴细胞刺激可检测的。在这里,我们描述了一种快速方法,使用一个自动细胞计数器来量化在从小鼠脾和人外周血单核细胞(PBMC)分离的T淋巴细胞芽生。在大多数情况下各种常用增殖测定是费力的并且仅反映了总体人口的影响,而不是一个种群中的单个细胞的影响。与此相反,所提出的自动细胞计数器测定规定的泡孔直径,可以迅速,直接和精确的测量用于评估各种促细胞分裂剂和免疫调节药物在体外的效力。
T淋巴细胞是负责在哺乳动物适应性免疫原代细胞。已知的是它们由MHC分子的抗原呈递细胞的表面上呈现的特定抗原肽反应。在同源的T细胞受体(TCR)的活化,所述细胞扩大的过程称为母细胞转化,或胚。施加1刺激之后这个过程是在第一〜6小时检测的。在芽生,个别T细胞的数量增加2〜4倍,2-6。淋巴细胞开始在一个称为克隆扩增过程增殖,其目的是产生抗原特异性TCR的承载细胞尽可能许多克隆。然后,子代细胞分化成细胞毒性(CD8 +)或辅助(CD4 +)效应T细胞发挥其免疫功能。因此,在人或小鼠血幼稚T淋巴细胞是在细胞的G- 0(静止)期周期和支持最少的代谢活动。在暴露于抗原或有丝分裂原,T细胞重新进入细胞周期,具有转录和蛋白质合成7-10的伴随刺激。有丝分裂原,如佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯(PMA),并通过蛋白激酶C(PKC)和Ca 2+依赖性信号传导途径1的激活离子霉素刺激的淋巴细胞。 T细胞用PMA /伊屋诺霉素的活化绕过TCR信令步骤。
体外增殖测定法广泛用于评估淋巴细胞功能和响应于刺激的目的。增殖读数通常采取的T细胞刺激开始后一至三天,并反映数百或数千细胞的集体状态。各种促细胞分裂剂和免疫调节药物在体外的效力可以通过简单地测量在这些化合物的存在下增殖率进行评价。有些一中ssays及其限制在下面讨论。
对于直接的细胞数计数,该过程是耗时的,与操作者的错误的概率高。
DNA合成,所述3 H-胸苷掺入法测量DNA的合成,但其主要限制是它的放射毒性。非放射性的替代方法是BrdU的,但对于细胞生长的线性响应的范围是有限的,抗体治疗是必需的,从而增加了该过程11,12的步骤的数量。
用于代谢活性,四唑盐(MTT,MTS,XTT,和WST-1)和刃天青染料基比色法报告分裂细胞群体的总体代谢状态。然而,MTT不溶于培养基中,需要额外的洗涤步骤,因而掺入的测量误差; XTT需要额外的组件,以有效降低; MTS-,WST-1,和基于刃天青,测量影响通过培养基的pH及其组件血清,白蛋白或酚红13-16编这些测定法不测量存活细胞的实际数量,而是估计结合酶活性。因此,扩散速率可能不能准确地由因为细胞数和染料还原12,17非线性相关的代谢试验测定。
用于测定ATP浓度,在ATP的T细胞活化诱导的增加相关联以增殖。然而,细胞内ATP的高程是T细胞活化的初始步骤之一;很多步骤的背后,是实际的扩散17,18。
染料稀释法,CFSE荧光染料共价结合到细胞内蛋白质染色细胞。染料显示了荧光强度的增殖依赖性降低,这可以跟踪细胞分裂的次数。然而,由于共价蛋白标记,所述的这些功能蛋白质可受到损害。染料是对细胞有毒在较高浓度。在较低的染料浓度,然而,最初的荧光强度降低,减小了可被跟踪的细胞分裂的次数。此外,用CFSE标记后,有在第一个24至48小时的时间内,这限制了该测定19,20的动态范围初始荧光的增殖无关的〜50%的损失。
大多数这些测定的反映大量的细胞的集体状态,并且需要用荧光染料的细胞的治疗。坏死和凋亡细胞也可能有助于这些测量,除非它们从分析通过用化学药品或抗体染色除去。
淋巴细胞芽生可以通过各种方法,如光学显微镜进行评价或流式细胞4,21,22。在这里,我们描述了一种快速的方法为T细胞大小的使用测量Ñ自动细胞计数器,它收集存储并在稍后的时间可以被重新分析的实时细胞图像。除了大小的测量,该装置提供了精确的细胞数和存活细胞的百分比,如通过锥虫蓝染色排除法测定。在这个协议中使用的设备是可商购的,并且制造商测试使用三种不同的仪器和几个浓度和活力控制仪器的精确度。这些研究的结果证明方差的系数,这是一般低于6%。在协议中所指出的,该装置被校准定期与6微米和8微米直径的聚苯乙烯珠。使用细胞计数器基于小区直径静止的T细胞和T淋巴母细胞之间进行区分的优点是使用的易用性和分析的自动化性质。该软件能够绘制每个小区绕了一圈,并计算出细胞的直径。此外,即时年龄是可见的操作者,谁可以验证在识别细胞和正确地绘制他们周围的圆的仪器的精度。在限制方面,仪器不能本身碎片和细胞之间的区别;因此,重要的是在操作者观察的每个图像,因为它正在处理中。有用于掺入气泡,这将降低用于分析可用的字段数的电位;但是,如果执行定期冲洗保养,这是罕见的。
在这项研究中,脾T淋巴细胞的组,离子霉素和增加的PMA浓度为12-48小时刺激。 PMA浓度低至2毫微克/毫升诱导既稳健母细胞化反应和显著增殖。的几种药物,如免疫抑制剂环孢菌素A(CSA),FK506(他克莫司),和雷帕霉素(西罗莫司),以及离子通道阻滞剂TRAM-34和FTY720的影响的测量(fingoliMOD),在芽生表现出与增殖报告的影响基本一致。人PBMC与抗CD3和抗CD28抗体包被的磁珠PMA /离子霉素和小鼠T细胞刺激的母细胞化反应进行了测定。
细胞计数器测定量化既胚和增殖率(细胞密度)同时但分别不同于上述的方法,这看这些效应的组合。所提出的协议提供了一种评价有丝分裂和免疫调节剂的效力一个快速和强大的技术。
这里,我们描述了使用自动细胞计数器对T细胞母细胞转化的快速检测和定量的技术。根据我们的条件下(250毫微克/毫升PMA和250纳米离子霉素刺激),在细胞表面面积增加两倍和后活化的48小时的体积三倍。该测定是足够灵敏活化的前12个小时,其中,相对于静止( 图2D)细胞体积增加只有1.25倍期间检测爆破。用抗CD3和抗CD28抗体包被的磁珠T细胞活化的多种生理上有关的机制产生了显著母细胞化反应,在体积平均2.3倍的增加(活化后72小时, 图3D)。人单核细胞表现出量在PMA / 2.6倍的变化离子霉素刺激48小时( 图4)。该ICR小鼠脾脏T细胞平均直径和体积被确定为6.9微米,1.9×10 -4 NL,分别。人PBMC(从一个健康供体)具有7.7微米的平均直径以及2.7×10 -4 NL的平均体积。使用该协议,我们还测试增加PMA浓度他们为激活T细胞的能力。这些单细胞的结果与在类似的PMA浓度进行增殖实验一致。
据报道,影响细胞增殖的几种化合物进行了测试:31,32 FTY720;免疫抑制剂环孢素A,FK506,雷帕霉素27,28;和电车-34,钙激活KCa3.1通道33,35的阻断剂。我们发现,在测试的浓度下,胚细胞的最有效的抑制剂是环孢素和FK506。雷帕霉素对芽生一个较小但有统计学显著抑制作用。 TRAM-34,在另一方面,没有影响胚细胞。
环孢素A抑制既芽生和proliferation,但不能完全( 图2B和2C),这表明自动细胞计数器测量是在T细胞增殖药物的效率良好的相关性。与环孢素一起雷帕霉素的存在下,胚被完全抑制,这表明在组合NFAT-和mTOR的介导的途径可以根据用PMA /伊屋诺霉素( 图3C)促有丝分裂的刺激充分说明T细胞肿大。
一些增殖测定的动态范围是有限的( 见图2)。增殖测定,如我们所使用的( 图2C),报告说,包括来自凋亡和坏死细胞的贡献的信号。自动直径的变化的测量没有任何限制,因为该测量涉及仅活细胞。细胞活力用台盼蓝染色的健康,活细胞排除评估。在三围尺寸,使用前向在流式细胞仪双重细胞的辨别光散射是有问题的22。在自动细胞计数器测量,没有双峰人口被发现( 图1)。另外,测量是足够精确100和200nM的环孢素( 表1)和促有丝分裂刺激12小时( 图2D)内检测芽生的效果来区分。
这个新的测定法是对样品的小号码是特别有用的。多达15个样品可以在1小时内进行测量。然而,该测定也有其局限性,其中大部分可以缓解。即使它可以有效地在气泡径解决小(<1微米)的差异,我们使用了机器模型具有5μm的更低的检测阈值。此限制可能会导致非常小的单元尺寸的高估,因为它有效地排除了所有的细胞直径较小。然而,细胞计数的较新的机型检测误差阈值〜2微米的孩子,这应该缓解此问题。如果有太多的碎片样品中,该仪器将它们视为活细胞。此外,气泡可以偶尔进入流动池,并导致由机器捕获的细胞的图像的失真。失真似乎不影响生存力测定,但它可能会影响测量的直径。因此,建议所有的图像被实验者为气泡来检查从每个试验的数据被接受分析前。由于软件仅绘制围绕细胞圈,直径非球形细胞可以是朝向长轴偏斜,使得该测定不太适于非球形细胞。
该测定法可快速,取每个样品约4分钟相比,增殖测定,这需要几个小时。数据收集也相当简单使用设备附带的软件。该软件可以将测量数据导出到SPreadsheet进行分析。最后,这是一种单细胞,而不是一个人口,测量;这两个芽生和扩散测量;它同时可行和死细胞区分开来。它可以用于其安装的免疫应答的能力评价各种小鼠品系。该测定也可以成功地用于芽生中从人类供体( 图4)的T细胞的测量,而且它也可以在其它细胞类型中。
细胞体积增大已知有助于代谢的调节:细胞肿胀促进肝细胞36,37谷氨酰胺诱导肝糖合成和脂肪形成。中性粒细胞显示35-60%的迁移相关的体积增大,而趋化剂诱导10-15%的肿胀38-40。电流测定可以潜在地用于研究这些进程。
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 |