Summary

הערכה כמותית של אדם נויטרופילים הגירה מעבר מתורבת שלפוחית ​​השתן האפיתל

Published: November 07, 2013
doi:

Summary

פיתחנו מודל במבחנה המחקה מרכיב חשוב בתגובה הדלקתית החריף במהלך הזיהום של שלפוחית ​​השתן עם חיידקי Escherichia uropathogenic. Assay הגירת נויטרופילים transuroepithelial מאפשר הערכה כמותית של הגירת נויטרופילים אנושיים על פני epithelia שלפוחית ​​השתן, בתרבית על תומך חדיר, בתגובה לזיהום חיידקים או חומרי chemoattractant.

Abstract

הגיוס של תאי מערכת החיסון מהפריפריה לאתר של דלקת הוא צעד חיוני בתגובה החיסונית המולדת בכל משטח הרירי. במהלך הזיהום של שלפוחית ​​השתן, כדוריות דם לבנות polymorphonuclear (PMN; נויטרופילים) נודדים ממחזור הדם ולעבור את אפיתל שלפוחית ​​השתן. כישלון לפתור את הזיהום בהעדר תגובת neutrophilic מדגים את החשיבות של PMN בהגנה על שלפוחית ​​השתן. כדי להקל על קולוניזציה של אפיתל שלפוחית ​​השתן, Escherichia coli uropathogenic (UPEC), הסוכן סיבתי של רוב הדלקות בדרכי שתן (זיהומים בדרכי השתן), לדכא את התגובה הדלקתית חריפה באמצעות מגוון של מנגנונים שהוגדרו באופן חלקי. כדי לחקור את יחסי הגומלין בין המארח ופתוגן חיידקים נוסף, פיתחנו מודל במבחנה של היבט זה של התגובה החיסונית המולדת לUPEC. ב assay הגירת נויטרופילים transuroepithelial, וריאציה על חדר בוידן, epith שלפוחית ​​השתן בתרביתתאי elial גדלים למפגש בחלק התחתון של תמיכה חדירה. PMN מבודדים מהדם ורידי אדם ומוחל על צד basolateral של שכבות תאי אפיתל שלפוחית ​​השתן. הגירת PMN המייצגת את כיוון basolateral לפסגה רלוונטי מבחינה פיזיולוגית בתגובה לזיהום חיידקים או מולקולות chemoattractant נפקדת באמצעות hemocytometer. מודל זה יכול לשמש כדי לחקור אינטראקציות בין UPEC ותאי אוקריוטים כמו גם לחקור את הדרישות מולקולריות לחציית האפיתלים שלפוחית ​​השתן על ידי PMN. מודל נדידת נויטרופילים transuroepithelial יהיה לקדם את ההבנה של התגובה הדלקתית הראשונית לUPEC בשלפוחית ​​השתן שלנו.

Introduction

התנועה של תאים בכל הגוף, לעתים קרובות על פני מרחקים ארוכים, נדרשת לצמיחה והתפתחות, ריפוי פצעים, ותגובה חיסונית. נדידת תאים היא מורכבת ודורשת התיאום של תהליכים רבים ושונים, כוללים מפלי איתות והסידור מחדש של רכיבי cytoskeletal. תאים יכולים לנוע באופן אקראי (chemokinesis), כמו גם לכיוון הדרגתיים מוגדר כימי (chemotaxis). טכניקות רבות פותחו ללמוד נדידת תאים במבחנה. הטכניקה העתיקה ביותר והנפוצה ביותר, קאמרי בוידן, מורכב ממערכת שתי קאמרית אנכית שבו חומר chemoattractant ממוקם בתא והתאים של עניין התחתון ממוקמות בתא העליון 1. התנועה של תאים על פני המסנן החדיר, עם נקבוביות בגודל מוגדר, בין שני התאים היא תחת פיקוח. טכניקות נוספות פותחו כדי לחקור את נדידת תאים, כוללים תא זיגמונד 2 וקאמרי דאן3. גישות קולקטיביות אלו הניבו תובנה משמעותית לתנועה של תאים מסוגים רבים ושונים.

בנוסף לחקירה את העקרונות הבסיסיים של chemokinesis וchemotaxis, מבחני שני קאמריים הקלו החקירה של נדידת תאים באמצעות רכיבי מטריצה ​​תאיים ושני שכבות תאי אנדותל ואפיתל. יתרון של מערכות שתי קאמריות על פני שיטות אחרות הוא שהקרום הנקבובי יכול להיות מצופה עם חלבונים כגון קולגן או פיברינוגן, ונדידת תאים על פני מחסום כמו מטריקס-תאי ניתן להעריך. בנוסף, ניתן לגדל שורות תאים בתרבית ומובחנות על תומך החדיר. כדי לחקור את התנועה של תאים על פני מכשול אנדותל, תאי אנדותל בתרבית הם זורעים וגדלו במאגר העליון של תומך החדיר. תאי ניעתי, כגון תאים חיסוניים, מתווספים למאגר וההגירה העליונים למאגר התחתון ברחבי enמחסום dothelial בכיוון הקודקוד לbasolateral הפיזיולוגי הוא ציין. מודל זה כבר לא יסולא בפז בהבנת extravasation של תאים חיסוניים מחוץ לזרם הדם. בניגוד לtransendothelial הגירה, התנועה של תאים על פני מחסום האפיתל מתרחשת בדרך כלל בכיוון basolateral לפסגה. על מנת לבנות מודל אירועים אלה במבחנה, חוקרי הזרעים ולגדל תאי אפיתל בתרבית בחלק התחתון של תומך החדיר. תאי ניעתי מתווספים למאגר העליון וההגירה על פני מחסום אפיתל, המייצג את כיוון basolateral לפסגה, הוא תחת פיקוח. מודלים כאלה של הגירת transepithelial תרמו באופן משמעותי להבנה של תגובות דלקתיות במשטחים הריריים, במיוחד אלו של הריאות ובטן 4,5 שלנו.

בניגוד לכך, סחר בתא חיסון דרך האפיתל של דרכי השתן זכה להרבה פחות תשומת לב. כדי לקדם את understanding של תגובות חיסוניים מולדים בדרכי השתן במהלך זיהום בחיידקי Escherichia uropathogenic (UPEC), פיתחנו assay במבחנה, assay הגירת נויטרופילים transuroepithelial, המאפשר חקירה של ויקוציטים polymorphonuclear (PMN; נויטרופילים) תנועה על פני מחסום האפיתל בשלפוחית ​​השתן 6 -8. כמו בדגמים שני קאמריים אחרים של הגירת transepithelial, תאי שלפוחית ​​השתן אנושיים בתרבית האפיתל גדלים על החלק התחתון של תמיכה חדירה ויוצרים שכבות אפיתל ומחוברות. נויטרופילים אנושיים, מבודדים מהדם ורידים, מוחלים על צד basolateral של שכבת האפיתל, והגירה על פני האפיתל בכיוון basolateral לפסגה הרלוונטי מבחינה פיזיולוגית היא לכמת בתגובה לזיהום עם זנים שונים של א coli או הנוכחות של מולקולות chemoattractant. מחקרים רבים שהתמקדו בתנועת נויטרופילים, שניהם chemokinesis וchemotaxis, בהעדר סוגים נוספים של תאים. Assay הגירת נויטרופילים transuroepithelial הוא יתרון כפי שהוא לוקח בחשבון את יחסי גומלין מורכבים בין תאי אפיתל שלפוחית ​​השתן ותאי מערכת החיסון בזיהום. יש מודל צייתן זה במבחנה את הפוטנציאל כדי לאפשר את החקירה מפורטת של תגובות חיסוניים במשטחי uroepithelial.

Protocol

1. Culturing 5637 תאי אפיתל שלפוחית ​​השתן בצע את השלבים הבאים במכסת מנוע רקמות תרבות זרימה למינרית מוכנה עם קרינת UV וניגב את עם 70% אתנול. הכן את המדיום RPMI-1640 מכיל 10% בסרום שור העובר (FBS) [+ RP…

Representative Results

Assay הגירת נויטרופילים transuroepithelial מאפשר הערכה כמותית של הגירת PMN האנושי על פני שכבות תאי אפיתל שלפוחית ​​השתן בתרבית בתגובה לגירויים שונים (איור 1). בעוד הפרוטוקול הוא פשוט, יש מספר משתנה שיכול להשפיע על הגירת PMN וכתוצאה מכך משפיעה על שחזור של assay זה. יש לנקוט אמ…

Discussion

באמצעות קו תרבותי אפיתל שלפוחית ​​תא וPMN אדם המבודד טרי, הקמנו מודל במבחנה של הגירת נויטרופילים transuroepithelial. מודל זה כבר סייע במתחיל לנתח את המורכבות של התגובה החיסונית המולדת בדלקת בדרכי שתן (UTI), זיהום חיידקים נפוץ מאוד שנגרם בדרך כלל על ידי 9 UPEC. במהלך הזיה?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות (NIH) מענקי R01-DK080752 וP50-DK064540. אנו מודים לג' Loughman על מאמציה בהקמת assay זה.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Transwell Inserts (i.e. permeable supports) Corning 3472 6.5 mm, 3 μm pore, polyester membrane insert
BD Vacutainer Blood Collection Tubes Becton, Dickinson and Company (BD) 366480 16 mm x 100 mm x 10 ml green cap tubes containing sodium heparin
BD Safety-Lok Blood Collection and Infusion Set Becton, Dickinson and Company (BD) 367281 21 G x 0.75 in needle x 12 in tubing
BD Vacutainer one-use, nonstackable holder Becton, Dickinson and Company (BD) 364815
Dextran Sigma-Aldrich D4876 From Leuconostoc mesenteroides
Ficoll-Paque PLUS density centrifugation solution GE Healthcare 17-1440-02
Ultra-Low Attachment Plates Corning 3473 24-well, clear flat bottom
N-Formyl-Met-Leu-Phe (fMLF) Sigma-Aldrich F3506 Reconstituted in DMSO to 10 mM
Recombinant Human CXCL8/IL-8 R&D Systems 208-IL Reconstituted in PBS to 100 μg/ml

References

  1. Boyden, S. The chemotactic effect of mixtures of antibody and antigen on polymorphonuclear leucocytes. J. Exp. Med. 115, 453-466 (1962).
  2. Zigmond, S. H. Orientation chamber in chemotaxis. Methods Enzymol. 162, 65-72 (1988).
  3. Zicha, D., Dunn, G. A., Brown, A. F. A new direct-viewing chemotaxis chamber. J. Cell Sci. 99 (Pt. 4), 769-775 (1991).
  4. Chin, A. C., Parkos, C. A. Pathobiology of neutrophil transepithelial migration: implications in mediating epithelial injury. Annu. Rev. Pathol. 2, 111-143 (2007).
  5. Zemans, R. L., Colgan, S. P., Downey, G. P. Transepithelial migration of neutrophils: mechanisms and implications for acute lung injury. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 40, 519-535 (2009).
  6. Loughman, J. A., Hunstad, D. A. Attenuation of human neutrophil migration and function by uropathogenic bacteria. Microbes Infect. 13, 555-565 (2011).
  7. Lau, M. E., Loughman, J. A., Hunstad, D. A. YbcL of uropathogenic Escherichia coli suppresses transepithelial neutrophil migration. Infect. Immun. 80, 4123-4132 (2012).
  8. Loughman, J. A., Hunstad, D. A. Induction of indoleamine 2,3-dioxygenase by uropathogenic bacteria attenuates innate responses to epithelial infection. J. Infect. Dis. 205, 1830-1839 (2012).
  9. Foxman, B. The epidemiology of urinary tract infection. Nat. Rev. Urol. 7, 653-660 (1038).
  10. Haraoka, M., et al. Neutrophil recruitment and resistance to urinary tract infection. J. Infect. Dis. 180, 1220-1229 (1999).
  11. Billips, B. K., et al. Modulation of host innate immune response in the bladder by uropathogenic Escherichia coli. Infect. Immun. 75, 5353-5360 (2007).
  12. Bozeman, P. M., Learn, D. B., Thomas, E. L. Assay of the human leukocyte enzymes myeloperoxidase and eosinophil peroxidase. J. Immunol. Methods. 126, 125-133 (1990).
  13. Lee, W. Y., Chin, A. C., Voss, S., Parkos, C. A. In vitro neutrophil transepithelial migration. Methods Mol. Biol. 341, 205-215 (2006).
  14. Säve, S., Mohlin, C., Vumma, R., Persson, K. Activation of adenosine A2A receptors inhibits neutrophil transuroepithelial migration. Infect. Immun. 79, 3431-3437 (2011).
  15. Agace, W. W., Patarroyo, M., Svensson, M., Carlemalm, E., Svanborg, C. Escherichia coli induces transuroepithelial neutrophil migration by an intercellular adhesion molecule-1-dependent mechanism. Infect. Immun. 63, 4054-4062 (1995).
  16. Hung, C. S., Dodson, K. W., Hultgren, S. J. A murine model of urinary tract infection. Nat. Protoc. 4, 1230-1243 (2009).

Play Video

Cite This Article
Lau, M. E., Hunstad, D. A. Quantitative Assessment of Human Neutrophil Migration Across a Cultured Bladder Epithelium. J. Vis. Exp. (81), e50919, doi:10.3791/50919 (2013).

View Video