Summary

Caracterización de las células dendríticas derivadas de monocitos humanos mediante imágenes de Citometría de Flujo: una comparación entre dos protocolos de aislamiento de monocitos

Published: October 18, 2016
doi:

Summary

This study compares two different methods of human monocyte isolation for obtaining in vitro dendritic cells (DCs). Monocytes are selected by adherence or negatively enriched by magnetic separation. Monocyte yield and viability along with MDDC viability, proliferation and CD11c/CD14 surface marker expression will be compared between both methods.

Abstract

Dendritic cells (DCs) are antigen presenting cells of the immune system that play a crucial role in lymphocyte responses, host defense mechanisms, and pathogenesis of inflammation. Isolation and study of DCs have been important in biological research because of their distinctive features. Although they are essential key mediators of the immune system, DCs are very rare in blood, accounting for approximately 0.1 – 1% of total blood mononuclear cells. Therefore, alternatives for isolation methods rely on the differentiation of DCs from monocytes isolated from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs). The utilization of proper isolation techniques that combine simplicity, affordability, high purity, and high yield of cells is imperative to consider. In the current study, two distinct methods for the generation of DCs will be compared. Monocytes were selected by adherence or negatively enriched using magnetic separation procedure followed by differentiation into DCs with IL-4 and GM-CSF. Monocyte and MDDC viability, proliferation, and phenotype were assessed using viability dyes, MTT assay, and CD11c/ CD14 surface marker analysis by imaging flow cytometry. Although the magnetic separation method yielded a significant higher percentage of monocytes with higher proliferative capacity when compared to the adhesion method, the findings have demonstrated the ability of both techniques to simultaneously generate monocytes that are capable of proliferating and differentiating into viable CD11c+ MDDCs after seven days in culture. Both methods yielded > 70% CD11c+ MDDCs. Therefore, our results provide insights that contribute to the development of reliable methods for isolation and characterization of human DCs.

Introduction

Las células dendríticas (DC) son mediadores esenciales de los sistemas inmune innata y adaptativa. Funcionan para inducir respuestas inmunes primarias y facilitar el desarrollo de la memoria inmunológica. Estas células son los principales responsables de captura de antígeno, la migración y la estimulación de las células T y por lo tanto se conocen como células presentadoras de antígenos (APC) profesionales 1 .Manipulation de países en desarrollo podría ser utilizado en una amplia variedad de campos de investigación y en la práctica clínica para el tratamiento de diferentes enfermedades inflamatorias tales como el VIH 6,7, cáncer, enfermedades autoinmunes 8 9, y las respuestas alérgicas 10. DCs también se están utilizando para la investigación de abuso de sustancias con el fin de resolver los mecanismos desconocidos y vías, tales como los asociados con la dependencia del alcohol 11 a 14, la dependencia de drogas 13,15, y la combinación de la infección y la sustancia VIH abuso 16-19. Estos estudios en curso y futuros estudios de investigación in el campo de la inmunología hacer en la generación in vitro de los países en desarrollo muy importante para la investigación. Sin embargo, hay varias dificultades asociadas con el aislamiento de las DC a partir de sangre humana, ya que sólo constituyen 0,1 a 1% de las células mononucleares de sangre total 20.

Hasta la fecha, algunos de los métodos bien establecidos para la generación de DCs in vitro consiste en plástico o vidrio adherencia de monocitos 21,22, densidad de centrifugación en gradiente de 23, la separación basada marcador específico tal como de células activadas por clasificación magnética 22, de células activadas por fluorescencia de clasificación 24, la selección positiva de los monocitos CD14 + utilizando nanopartículas magnéticas recubiertas de dextrano 25, y el rápido aislamiento de los monocitos altamente purificados usando selección celular negativa totalmente automatizado 26. Sin embargo, el mejor método de elección sigue siendo controvertido. Por lo tanto, para mejorar las técnicas de generación de corriente continua, varios métodos han sido desarrollados en la quela pureza de estas células se puede aumentar en gran medida por la diferenciación de las células y los monocitos purificados progenitoras CD34 + aisladas a partir de células mononucleares de sangre periférica (PBMCs) 27. Como se ha mencionado antes, un método ampliamente utilizado y popular para la generación de células dendríticas derivadas de monocitos (MDDCs) es explorar la capacidad de los monocitos se adhieran al vidrio o plástico (método de adherencia) 21,22,27. El método de adherencia es un método rápido y sencillo que no requiere el uso de equipos complejos. Sin embargo, algunas desventajas de este proceso incluyen la contaminación de linfocitos, baja flexibilidad, y monocitos manipulación transitoria 28. Un método alternativo al método de adhesión es el aislamiento magnético de los monocitos de PBMC totales, en particular con el uso de un kit de monocitos enriquecimiento humano, que está diseñado para aislar los monocitos de PBMC por selección negativa 26. Durante este procedimiento, las células no deseadas son objeto de extracción con tetraméricacomplejos de anticuerpos y partículas magnéticas recubiertas de dextrano. La ventaja de este método de aislamiento es que las células marcadas no deseadas se separan mediante un imán, mientras que las células diana se pueden verter libremente fuera en un nuevo tubo sin necesidad de columnas. Hasta la fecha, con la disponibilidad de anticuerpos monoclonales específicos que pueden etiquetar las poblaciones de células únicas, la técnica de separación magnética se ha convertido en no simplemente un método adicional, sino una necesidad para el aislamiento de células raras en el campo de la inmunología. Por ejemplo, las técnicas tales como clasificación celular magnética con paramagnéticas disponibles comercialmente MACS-nanopartículas han facilitado el desarrollo de nuevos enfoques para la investigación y aplicaciones clínicas 22,29. Por otra parte, los estudios de investigación recientes que comparan la generación de DC a partir de métodos de adherencia de monocitos y la tecnología MACS han demostrado una mayor pureza y la viabilidad de CC utilizando MACS monocitos 22,30 separadas.

Los presentes estudios actualesuna comparación entre dos métodos para la generación de DCs humanas de monocitos aislados de PBMC: 1) los monocitos de aislamiento por adherencia y 2) el aislamiento de monocitos por selección negativa utilizando un kit comercial de monocitos enriquecimiento humano. Este estudio proporciona evidencia para demostrar que la selección procedimiento de separación magnética negativa para aislar monocitos genera el mayor rendimiento de monocitos con diferencias significativas en la viabilidad de monocitos en comparación con los monocitos aislados por el método de adherencia. A su vez, después de siete días, los monocitos aislados por separación magnética diferencian en MDDCs con significativamente mayor capacidad de proliferación y una mayor cantidad de células que expresan doble positivo (+ CD11c / CD14 +) fenotipo sin afectar MDDC viabilidad. En general, el estudio actual se diferencia de los estudios anteriores mencionadas anteriormente, ya que demuestra la capacidad de ambas técnicas para generar simultáneamente monocitos que son capaces de proliferar y diferenciarse en CD11c +MDDCs (> 70%) después de siete días en cultivo sin comprometer su viabilidad. Además, el enfoque actual prevé la primera caracterización de tiempo / poblaciones diferentes CD11c CD14 MDDCs por el flujo de imágenes citometría.

En resumen, ya que los países en desarrollo desempeñan un papel central en relación con la investigación en el campo de la inmunología, diferentes parámetros deben tenerse en cuenta a la hora de considerar cómo se han obtenido y qué métodos se utilizan para aislar y cultivar en vitro. Por lo tanto, este estudio tiene como objetivo proporcionar información sobre dos diferentes métodos de aislamiento de monocitos y cómo estos métodos afectan diferencialmente la viabilidad de monocitos y el rendimiento con el tiempo afecta a la viabilidad de células dendríticas, proliferación y fenotipo. Estos hallazgos contribuirán en gran medida al campo de la inmunología y proporcionarán un protocolo detallado de DC aislamiento, purificación y caracterización.

Protocol

Los estudios de sangre humana en general han sido revisados ​​y aprobados por la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la UIF, el protocolo IRB # aprobación del IRB-13-0440. leukopaks humanos se adquirieron en el banco de sangre de la comunidad en Miami, FL. 1. Aislamiento de PBMC por Norma Técnica gradiente de densidad Realizar una dilución 1: 1 de sangre con solución salina tamponada con fosfato 1x-en un matraz T75. Pipetear 15 ml de la solución de gradien…

Representative Results

Rendimiento de los monocitos por separación magnética es mayor en comparación con los monocitos por adherencia Rendimiento Método Los datos presentados en la Figura 1 PBMC pantalla y los recuentos de células de monocitos por el método de exclusión con azul de tripano en el día del aislamiento de PBMCs y la separación de los monocitos. En promedio, los monocitos aislados mediante…

Discussion

Sobre la base de las dificultades conocidas de aislar y generar MDDCs a partir de sangre humana, el presente estudio tuvo como objetivo proporcionar una comparación exhaustiva de los dos métodos bien establecidos para la generación de MDDCs. El primer método en comparación es un método tradicional bien establecida para la generación de MDDCs mediante la explotación de la capacidad de los monocitos para adherirse al vidrio o de plástico (método de adherencia) 21,22,27. El método de adherencia es rá…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research is supported by the National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism, award K99/R00 AA021264. Additional lab support as part of startup package has been received from the Department of Immunology, Institute of NeuroImmune Pharmacology, Herbert Wertheim College of Medicine, and FIU- Office of Research and Economic Development. Gianna Casteleiro was supported by NIH/NIGMS R25 GM061347. The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health.

Materials

Ficoll-Paque GE Healthcare 17-5442-03 Must be used at room temperature
Phosphate-buffered saline (PBS) Life Technologies 10010-023
ACK Lysing buffer Quality Biological 118-156-101
RPMI 1640 medium Life Technologies 22400-089
Antibiotic-Antimycotic (100X) Life Technologies 15240-062
Fetal Bovine Serum (FBS) Life Technologies 16000-044
RoboSep buffer StemCell 20104
EasySep Human monocyte enrichment kit StemCell 19059
TC20 Automated cell counter Bio-Rad 145-0101
FITC-Dextran Sigma Aldrich FD4-100MG
Trypan blue stain (0.4%) Life Technologies 15250-061
Synergy 2 multi-mode reader Biotek 7131000
XTT Sodium salt bioreagent (XTT) Sigma Aldrich X4626-100MG
Dimethyl sulfoxide bioreagent (DMS) Sigma Aldrich D8418-500ML
Thiazolyl blue tetrazolium bromide (MTT) Sigma Aldrich m5655-500MG
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) Bio-Rad 161-0302
Phenazine Methosulfate (DMSO) Sigma Aldrich P9626-1G
Inactivated (HI) Human Serum Chemicon S1-100ML
Accuri C6 Flow Cytometer BD Accuri 653119
FlowSight Amnis Flow Cytometer EMD Millipore 100300

References

  1. Cella, M., Sallusto, F., Lanzavecchia, A. Origin maturation and antigen presenting function of dendritic cells. Curr Opin Imunol. 9, 10-16 (1997).
  2. Banchereau, J., et al. Immunobiology of Dendritic Cells. Ann Rev Immunol. 18, 767-811 (2000).
  3. Banchereau, J., Steinman, R. M. Dendritic cells and the control of immunity. Nature. 392, 245-252 (1998).
  4. Kaouther, M., Ridha, O. Dendritic Cell-Based Graft Tolerance. ISRN Pharmacol. , (2011).
  5. Steinman, R., Gutchinov, B., Witmer, M., Nussenzweig, M. Dendritic cells are the principal stimulators of the primary mixed leukocyte reaction in mice. J Exp Med. 157, 613-627 (1983).
  6. Nair, M. N., et al. RNAi-directed inhibition of DC-SIGN by dendritic cells: Prospects for HIV-1 therapy. AAPS J. 7, E572-E578 (2005).
  7. Agudelo, M., et al. Chapter 10. Dendritic Cells: Types, Life Cycles and Biological Functions. , 167-177 (2010).
  8. Kajihara, M., Takakura, K., Ohkusa, T., Koido, S. The impact of dendritic cell-tumor fusion cells on cancer vaccines – past progress and future strategies. Immunotherapy. , (2015).
  9. Suwandi, J., Toes, R., Nikolic, T., Roep, B. Inducing tissue specific tolerance in autoimmune disease with tolerogenic dendritic cells. Clin Exp Rheumatol. 33, 0097-0103 (2015).
  10. Gorelik, M., Frischmeyer-Guerrerio, P. A. Innate and adaptive dendritic cell responses to immunotherapy. Curr Opin Allergy Immunol. 15, 575-580 (2015).
  11. Zwolak, A., et al. Peripheral blood dendritic cells in alcoholic and autoimmune liver disorders. Hum Exp Toxicol. 31, 438-446 (2012).
  12. Agudelo, M., et al. Differential expression and functional role of cannabinoid genes in alcohol users. Drug Alcohol Depend. 133, 789-793 (2013).
  13. Nair, M. P., Figueroa, G., Casteleiro, G., Muñoz, K., Agudelo, M. Alcohol Versus Cannabinoids: A Review of Their Opposite Neuro-Immunomodulatory Effects and Future Therapeutic Potentials. J Alcohol Drug Depend. 3, 184 (2015).
  14. Boukli, N. M., et al. Implications of ER Stress, the Unfolded Protein Response, and Pro- and Anti-Apoptotic Protein Fingerprints in Human Monocyte-Derived Dendritic Cells Treated With Alcohol. Alcohol Clin Exp Res. 34, 2081-2088 (2010).
  15. Nair, M. N., Mahajan, S., Sykes, D., Bapardekar, M., Reynolds, J. Methamphetamine Modulates DC-SIGN Expression by Mature Dendritic Cells. J Neuroimmune Pharmacol. 1, 296-304 (2006).
  16. Napuri, J., et al. Cocaine Enhances HIV-1 Infectivity in Monocyte Derived Dendritic Cells by Suppressing microRNA-155. PLoS ONE. 8, e83682 (2013).
  17. Nair, M. P. N., Saiyed, Z. M. Effect of methamphetamine on expression of HIV coreceptors and CC-chemokines by dendritic cells. Life Sciences. 88, 987-994 (2011).
  18. Nair, M. P. N., et al. Cocaine Modulates Dendritic Cell-Specific C Type Intercellular Adhesion Molecule-3-Grabbing Nonintegrin Expression by Dendritic Cells in HIV-1 Patients. J Immunol. 174, 6617-6626 (2005).
  19. Reynolds, J. L., Mahajan, S. D., Sykes, D. E., Schwartz, S. A., Nair, M. P. N. Proteomic analyses of methamphetamine (METH)-induced differential protein expression by immature dendritic cells (IDC). Biochem Biophys Acta. 1774, 433-442 (2007).
  20. Van Voorhis, W., Hair, L., Steinman, R., Kaplan, G. Human dendritic cells. Enrichment and characterization from peripheral blood. J Exp Med. 155, 1172-1187 (1982).
  21. Davis, G. The Mac-1 and p150,95 beta 2 integrins bind denatured proteins to mediate leukocyte cell-substrate adhesion. Exp Cell Res. 200, 242-252 (1992).
  22. Delirezh, N., Shojaeefar, E. Phenotypic and functional comparison between flask adherent and magnetic activated cell sorted monocytes derived dendritic cells. Iran J Immunol. 9, 98-108 (2012).
  23. Lehner, M., Holter, W. Endotoxin-Free Purification of Monocytes for Dendritic Cell Generation via Discontinuous Density Gradient Centrifugation Based on Diluted Ficoll-Paque Plus<sup>®</sup>. Int Arch Allergy Immunol. 128, 73-76 (2002).
  24. Van Brussel, I., et al. Fluorescent activated cell sorting: An effective approach to study dendritic cell subsets in human atherosclerotic plaques. J. Immunol Methods. 417, 76-85 (2015).
  25. Mucci, I., et al. The methodological approach for the generation of humandendritic cells from monocytes affects the maturation state of the resultant dendritic cells. Biologicals. 37, 288-296 (2009).
  26. Yuan, N., et al. . The American Association of Immunologists (AAI). , (2007).
  27. Romani, N., et al. Proliferating dendritic cell progenitors in human blood. J Exp Med. 180, 83-93 (1994).
  28. Bennett, S., Breit, S. N. Variables in the isolation and culture of human monocytes that are of particular relevance to studies of HIV. J Leukoc Biol. 56, 236-240 (1994).
  29. Grützkau, A., Radbruch, A. Small but mighty: How the MACS®-technology based on nanosized superparamagnetic particles has helped to analyze the immune system within the last 20 years. Cytometry Part A. 77A, 643-647 (2010).
  30. El-Sahrigy, S. A., Mohamed, N. A., Talkhan, H. A., Rahman, A. M. A. Comparison between magnetic activated cell sorted monocytes and monocyte adherence techniques for in vitro generation of immature dendritic cells: an Egyptian trial. Cent Eur J Immunol. 40, 18-24 (2015).
  31. Curry, C. V. . Differential Blood Count. , (2015).
  32. Sallusto, F., Lanzavecchia, A. Efficient presentation of soluble antigen by cultured human dendritic cells is maintained by granulocyte/macrophage colony-stimulating factor plus interleukin 4 and downregulated by tumor necrosis factor alpha. J Exp Med. 179, 1109-1118 (1994).
  33. Cavanagh, L. L., Saal, R. J., Grimmett, K. L., Thomas, R. Proliferation in Monocyte-Derived Dendritic Cell Cultures Is Caused by Progenitor Cells Capable of Myeloid Differentiation. Blood. 92, 1598-1607 (1998).
  34. Ardeshna, S. M., et al. Monocyte-derived dendritic cells do not proliferate and are not susceptible to retroviral transduction. Br J Haematol. 108, 817-824 (2000).
  35. Chapuis, F., et al. Differentiation of human dendritic cells from monocytes in vitro. Eur J Immunol. 27, 431-441 (1997).
  36. Zhou, L. J., Tedder, T. F. CD14+ blood monocytes can differentiate into functionally mature CD83+ dendritic cells. Proc Natl Acad Sci. 93, 2588-2592 (1996).
  37. Caux, C., et al. B70/B7-2 is identical to CD86 and is the major functional ligand for CD28 expressed on human dendritic cells. J Exp Med. 180, 1841-1847 (1994).
  38. Caux, C., et al. Activation of human dendritic cells through CD40 cross-linking. J Exp Med. 180, 1263-1272 (1994).
  39. Fujii, S. i., Liu, K., Smith, C., Bonito, A. J., Steinman, R. M. The Linkage of Innate to Adaptive Immunity via Maturing Dendritic Cells In Vivo Requires CD40 Ligation in Addition to Antigen Presentation and CD80/86 Costimulation. J Exp Med. 199, 1607-1618 (2004).
  40. Mohammadi, A., Mehrzad, J., Mahmoudi, M., Schneider, M., Haghparast, A. Effect of culture and maturation on human monocyte-derived dendritic cell surface markers, necrosis and antigen binding. Biotech Histochem. 90, 445-452 (2015).

Play Video

Cite This Article
Figueroa, G., Parira, T., Laverde, A., Casteleiro, G., El-Mabhouh, A., Nair, M., Agudelo, M. Characterization of Human Monocyte-derived Dendritic Cells by Imaging Flow Cytometry: A Comparison between Two Monocyte Isolation Protocols. J. Vis. Exp. (116), e54296, doi:10.3791/54296 (2016).

View Video