Summary

腎、免疫細胞の信頼性と高効率抽出

Published: August 19, 2016
doi:

Summary

Techniques that are reliable and efficient for the isolation of kidney immune cells are needed for downstream applications. This requires surface antibody labeling of a small number of kidney immune cells. Herein, we describe a concise method for isolation of kidney immune cells that seemingly achieves this goal.

Abstract

Immune system activation occurs in multiple kidney diseases and pathophysiological processes. The immune system consists of both adaptive and innate components and multiple cell types. Sometimes, the cell type of interest is present in very low numbers among the large numbers of total cells isolated from the kidney. Hence, reliable and efficient isolation of kidney mononuclear cell populations is important in order to study the immunological problems associated with kidney diseases. Traditionally, tissue isolation of kidney mononuclear cells have been performed via enzymatic digestions using different varieties and strengths of collagenases/DNAses yielding varying numbers of viable immune cells. Recently, with the development of the mechanical tissue disruptors for single cell isolation, the collagenase digestion step is avoided and replaced by a simple mechanical disruption of the kidneys after extraction from the mouse. Herein, we demonstrate a simple yet efficient method for the isolation of kidney mononuclear cells for every day immune cell extractions. We further demonstrate an example of subset analysis of immune cells in the kidney. Importantly, this technique can be adapted to other soft and non-fibrous tissues such as the liver and brain.

Introduction

免疫系の活性化は、複数の腎疾患および病態生理学的プロセス6,10,11,13で発生します。活発な研究の潜在的な領域は、免疫系の活性化のための様々なトリガーを含む、種々の細胞型が関与する特定の疾患の設定におけるサイトカイン/ケモカインパターンなどの特定の薬物による上述のプロセスの全ての調節は、虚血 – 再灌流中、例示するために傷害(急性腎障害のモデル)、(6週間後)の修復または線維症の期間を通じて維持される数時間内の免疫細胞または骨髄由来造血細胞またはCD45 +細胞の増加がある5、 12。これらの免疫細胞は修復5,12のプロセスを調整するために、炎症誘発性および抗炎症性サイトカインおよびケモカインの両方を分泌します。現在、単一細胞懸濁液中の細胞集団を標識するために同時に複数のフルオロフォアを使用する能力は、広告と増加しています4 5へのレーザーで近代的なフローサイトメトリー機のベント。これは、実質的にそれらの機能の状態3,7に基づいて細胞集団を区別するために能力を追加しました。例えば、正確に F4 / 80 ローのCD11b Ly6b CD206としてマクロファージを標識するために、少なくとも3以上のフルオロフォアは、同じ生細胞のためのゲートにサンプルボリューム、CD45 +(白血球)とLy6G-(好中球)に必要とされるであろうとこれは非常に可能な新しいフローサイトメータ3です。しかし、サイトカイン分泌、細胞増殖、細胞毒性、マクロファージの活性化およびリンパ球と単球の種々のサブセットの数の定量化のための下流のアッセイは、だけでなく、良い品質(生細胞、シングレット)が、細胞の十分な数が必要です。

腎臓における免疫系は、適応および先天性成分および複数の細胞型1,7,13両方から構成されています。例えば、マウスで2子供(1.4×10 6細胞)およびこれらの約5から15までパーセント(1,400-4,200)単離された全腎、免疫細胞のneysが一緒に百分の2から17を含むことが報告されている(28,000-266,000)CD45 +細胞は、CD4 +細胞の1です、5,12。これらのCD4 +細胞の小さな割合(百分の5から15まで、70から630までは)のFoxP3 +細胞( 1)1です。細胞の割合におけるこれらの段階的減少、関心の時には細胞集団(この場合、CD45 + CD4 + FoxP3の+細胞)への単なる〜100セルで表現されます。 CD45 + CD4 + FoxP3の+細胞の数が少ないことが不可欠総細胞の大多数が分離され、細胞は、サイトカイン分泌アッセイのような下流の研究のために良い品質のものであることになります。また、亜集団を定量化アッセイを実行するために十分に高い数値で表現されていないので、2-3匹のマウスから腎臓を組み合わせることが必要であり得ます。したがって、腎臓単核細胞集団の信頼性の高い効率的な分離は、スタッドのために望ましいですyの腎疾患に関連する免疫学的なスペクトル。

伝統的に、腎臓の単核細胞の単離のために、研究者らは、このようなDNアーゼ1 1,5,12を含むコラゲナーゼ1AまたはIIなどの酵素消化の様々なを使用していました。よくコラゲナーゼが最適濃度およびインキュベーション4,14,15の期間滴定を必要と、ロット番号とし、製造会社によって異なる酵素活性を有することが知られています。また、コラゲナーゼで消化が小片に腎臓を刻むための時間を追加し、反応を停止させるためのEDTA中でのインキュベーションのための加熱(37℃)バス、追加の時間で腎臓片のインキュベーションを必要とします。また、以下無菌性は、細胞培養を必要とするいくつかの下流の処置のために達成することができます。さらに重要なことは、関係する研究者と、すべての変数に応じて、それは研究室間のデータと解釈のばらつきにつながります。最近では、と機械的組織撹乱/ホモジナイザー16の開発は、コラゲナーゼ消化工程を完全に回避し、腎臓2 ​​の単純な機械的破壊によって置き換えられています。ここで、私たちは日常の免疫細胞の抽出のための腎臓の免疫細胞の単離のためのシンプルで効率的な方法を示しています。重要なことに、この技術は、肝臓および脳16のような他のソフト非線維組織に適合させることができます。

Protocol

実行されたすべてのプロトコルステップは、ミズーリ大学の動物実験委員会(ACUC)によってレビューされ、承認されました。任意の年齢で、理論的に任意の齧歯類は、実験のために使用することができるが、このプロトコルのために、15週齢の雄のC57BL / 6マウスを使用しました。これは、非生存手術であるため、安楽死は、放血および両側気胸により達成されます。 腎臓?…

Representative Results

実行することができるパネルの数は確実に腎臓から抽出することができる免疫細胞の数に依存します。ここで、我々は2パネル、Tリンパ球用とマクロファージ/樹状細胞のための1つを実行する能力を示します。 Tリンパ球のパネルでは、まず、前方散乱(FSC)および側方散乱(SSC)のパターンを見て、 図1(左上のドットプロット)に示すように、関心の人…

Discussion

ここで信頼性の高い効率的な方法で腎臓から免疫細胞を得るための方法を提示しています。広く使用されているコラゲナーゼ消化工程(組織の機械的破壊)の主要な変更は約30分を保存し、実行可能な免疫細胞の多数の単離は4腎臓試料で2時間の下でかかります。また、私たちの研究の質問に応じて、我々は今だけ私たちの免疫細胞の単離のために(他の腎臓は、ウェスタンブロット、免疫組…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work is supported by a Research Grant from Dialysis Clinics Inc. and from the University of Missouri Research Board Grant.

Materials

Stomacher 80 Biomaster lab system Seward
Stomacher 80 Classic bags Seward BA6040/STR
Sorvall Legend XFR Centrifuge Thermo Scientific Or equivalent equipment 
Hemocytometer Electron Microscopy Sciences 63514-11
Analytical flow cytometer BD LSR-X20 Fortessa
Percoll  Sigma P1644
Dulbecco’s phosphate buffered saline 1X (DPBS) Gibco, Life Technologies 14190-250
Polypropylene tubes, no cap Becton Dickinson 352002
Fixable Viability Stain BD Biosciences  FVS510,  564406
Anti-CD16/32 (Clone: 93) EBioscience 14-0161
anti-CD45 (clone: 30-F11)  BV421  BD Pharmingen 103133/4
Anti-Foxp3 (Clone: FJK-16s) APC EBioscience 17-5773
Anti-CD127 (Clone: A7R34) PE/Cy7 Biolegend 135013/4
anti-CD44 (Clone: IM7) PerCP/Cy5.5 Biolegend 103031/2
anti-CD4 (Clone: RM4-5) APC-Cy7 Biolegend 100413/4
anti-CD8 (Clone: 53-6.7) BV785 Biolegend 100749/50
Anti-Ly6G (Clone: 1A8) FITC Biolegend 127605/6
Anti-CD11b (Clone: M1/70) PerCP-Cy5.5 Biolegend 101227/8
Anti-F4/80 (Clone: BM8) APC Biolegend 123115/6
Anti-CD11c (Clone: N418) BV785 Biolegend 117335/6
Anti-CD301 (Clone: LOM-14) PE-Cy7 Biolegend 145705/6
Anti-CD26 (Clone: H194-112) PE Biolegend 137803/4
100 μm filter  Fisher Scientific 22363548
Fisherbrand Tubes 50 ml Fisher Or equivalent equipment 
Fisherbrand Tubes 15 ml Fisher Or equivalent equipment 
Sucrose Fisher chemical S5-3
Transfer pipette fine tip Samco Scientific 232 Or equivalent equipment 
Flow Cytometery Staining Buffer Solution EBioscience 00-4222-26 Or equivalent equipment 
1X RBC Lysis Buffer EBioscience 00-4333-57 Or equivalent equipment 

References

  1. Ascon, D. B., et al. Phenotypic and functional characterization of kidney-infiltrating lymphocytes in renal ischemia reperfusion injury. J. Immunol. 177 (5), 3380-3387 (2006).
  2. Ascon, M., et al. Renal ischemia-reperfusion leads to long term infiltration of activated and effector-memory T lymphocytes. Kidney Int. 75 (5), 526-535 (2009).
  3. Belliere, J., et al. Specific macrophage subtypes influence the progression of rhabdomyolysis-induced kidney injury. J. Am. Soc. Nephrol. 26 (6), 1363-1377 (2015).
  4. Chen, Z., et al. Collagenase digestion down-regulates the density of CD27 on lymphocytes. J. Immunol. Methods. 413, 57-61 (2014).
  5. Dong, X., et al. Resident dendritic cells are the predominant TNF-secreting cell in early renal ischemia-reperfusion injury. Kidney Int. 71 (7), 619-628 (2007).
  6. Hickey, F. B., Martin, F. Diabetic kidney disease and immune modulation. Curr. Opin. Pharmacol. , (2013).
  7. Kawakami, T., et al. Resident renal mononuclear phagocytes comprise five discrete populations with distinct phenotypes and functions. J. Immunol. 191 (6), 3358-3372 (2013).
  8. Liu, X., et al. Isolating glomeruli from mice: A practical approach for beginners. Exp. Ther. Med. 5 (5), 1322-1326 (2013).
  9. Picot, J., Guerin, C. L., Le Van, K. C., Boulanger, C. M. Flow cytometry: retrospective, fundamentals and recent instrumentation. Cytotechnology. 64 (2), 109-130 (2012).
  10. Ricardo, S. D., van, G. H., Eddy, A. A. Macrophage diversity in renal injury and repair. J. Clin. Invest. 118 (11), 3522-3530 (2008).
  11. Rodriguez-Iturbe, B., Pons, H., Herrera-Acosta, J., Johnson, R. J. Role of immunocompetent cells in nonimmune renal diseases. Kidney Int. 59 (5), 1626-1640 (2001).
  12. Vielhauer, V., et al. Efficient renal recruitment of macrophages and T cells in mice lacking the duffy antigen/receptor for chemokines. Am. J. Pathol. 175 (1), 119-131 (2009).
  13. Weisheit, C. K., Engel, D. R., Kurts, C. Dendritic Cells and Macrophages: Sentinels in the Kidney. Clin. J. Am. Soc. Nephrol. , (2015).
  14. Williams, S. K., McKenney, S., Jarrell, B. E. Collagenase lot selection and purification for adipose tissue digestion. Cell Transplant. 4 (3), 281-289 (1995).
  15. Yamamoto, T., et al. Deterioration and variability of highly purified collagenase blends used in clinical islet isolation. Transplantation. 84 (8), 997-1002 (2007).
  16. Zhou, J., Nagarkatti, P., Zhong, Y., Nagarkatti, M. Immune modulation by chondroitin sulfate and its degraded disaccharide product in the development of an experimental model of multiple sclerosis. J. Neuroimmunol. 223 (1-2), 55-64 (2010).

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Cite This Article
Nistala, R., Meuth, A., Smith, C., Annayya, A. Reliable and High Efficiency Extraction of Kidney Immune Cells. J. Vis. Exp. (114), e54368, doi:10.3791/54368 (2016).

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