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.
La proliferación de linfocitos en respuesta a la estimulación antigénica o mitogénica es un fenómeno difícil de cuantificar útil para inmunomodulador prueba (es decir, inmunosupresor o inmunoestimulante) compuestos químicos y biológicos. Uno de los primeros pasos durante la mitogénesis es el agrandamiento celular o transformación blastogénica, después de lo cual el volumen de células se incrementa antes de la división. Por lo general es detectable en las primeras horas de la estimulación de linfocitos T. A continuación, describimos un método rápido para cuantificar la blastogénesis de los linfocitos T aisladas a partir de bazos de ratón y células mononucleares de sangre periférica humana (PBMCs) utilizando un contador de células automatizado. Varios ensayos de proliferación utilizados comúnmente en su mayor parte son laboriosos y sólo reflejan el efecto de la población general en lugar de los efectos celulares individuales dentro de una población. En contraste, el ensayo contador de células automatizado presentado proporciona mediciones rápidas, directas y precisas de diámetros de células que pueden serutilizado para evaluar la eficacia de diversos mitógenos y fármacos inmunomoduladores in vitro.
Los linfocitos T son las células primarias responsables de la inmunidad adaptativa en los mamíferos. Se sabe que responden a los péptidos antigénicos específicos presentados por moléculas MHC en la superficie de células presentadoras de antígeno. Tras la activación de un receptor de células T cognado (TCR), la célula aumenta de tamaño en un proceso denominado transformación blastogénica, o blastogénesis. Este proceso es detectable en la primera ~ 6 hr después del estímulo se aplica 1. Durante blastogénesis, los volúmenes de las células T individuales incremento de 2 a 4 veces 2-6. Los linfocitos comienzan a proliferar en un proceso llamado expansión clonal, el propósito de los cuales es el de generar el mayor número de clones de las células específicas de antígeno TCR que devengan como sea posible. Las células de la progenie a continuación, ejercen su función inmunológica por diferenciarse en citotóxicos (CD8 +) o helper (CD4 +) linfocitos T efectores. Por lo tanto, los linfocitos T vírgenes en la sangre humana o de ratón están en la fase G 0 (en reposo) de la célulaciclo y apoyo a la actividad metabólica mínima. Tras la exposición a antígenos o mitógenos, las células T vuelven a entrar en el ciclo celular, con una estimulación concomitante de la síntesis de la transcripción y de la proteína 7-10. Mitógenos, tales como forbol 12-miristato 13-acetato (PMA) e ionomicina estimular los linfocitos a través de la activación de la proteína quinasa C (PKC) y Ca 2+ vías de señalización dependiente 1. La activación de las células T con PMA / ionomicina no pasa por los pasos de señalización de TCR.
En la proliferación de ensayos in vitro son ampliamente utilizados para el propósito de evaluar la función de linfocitos y la respuesta a los estímulos. lecturas de proliferación se toman típicamente de uno a tres días después del comienzo de la estimulación de células T y reflejan el estado colectivo de cientos o miles de células. La potencia de varios mitógenos y fármacos inmunomoduladores in vitro puede ser evaluada por la simple medición de las tasas de proliferación en presencia de estos compuestos. Algunos de éstos unassays y sus limitaciones se discuten a continuación.
Para el recuento del número de células directa, el procedimiento es mucho tiempo, con una alta probabilidad de errores de manejo.
Para la síntesis de ADN, el ensayo de incorporación de 3H-timidina mide la síntesis de ADN, pero su principal limitación es su radiotoxicidad. Una alternativa no radiactiva es BrdU, pero el rango de respuesta lineal para el crecimiento celular es limitada, y no se requiere tratamiento de anticuerpos, lo que aumenta el número de pasos en el procedimiento 11,12.
Para la actividad metabólica, las sales de tetrazolio (MTT, MTS, XTT, y WST-1) y resazurina ensayos colorimétricos basadas en colorantes informan del estado metabólico general de la división de las poblaciones de células. Sin embargo, MTT no es soluble en el medio de cultivo, lo que requiere pasos adicionales de lavado, incorporando así los errores en la medición; XTT necesita componentes adicionales para reducir de manera eficiente; MTS-, WST-1-, y mediciones basadas en resazurina son afectaed por el medio de cultivo y su pH componentes del suero, albúmina o rojo de fenol 13-16. Estos ensayos no miden el número real de células viables sino más bien estiman las actividades enzimáticas combinadas. Por lo tanto, la tasa de proliferación no puede determinarse con precisión mediante ensayos metabólicos debido a la correlación no lineal entre el número de células y la reducción de colorante 12,17.
Para medir la concentración de ATP, de las células T aumenta la activación inducida en ATP se correlacionan con la proliferación. Sin embargo, la elevación de ATP intracelular es uno de los pasos iniciales de la activación de células T; muchos pasos atrás es la proliferación actual 17,18.
Para el ensayo de dilución de colorante, colorante fluorescente CFSE tiñe las células mediante la unión covalente a las proteínas intracelulares. El colorante muestra una disminución dependiente de la proliferación en la intensidad de fluorescencia, que puede realizar el seguimiento del número de divisiones celulares. Sin embargo, debido etiquetado proteína covalente, las funciones de estoslas proteínas pueden ser comprometidas. El colorante es tóxico para las células en concentraciones más altas. En concentraciones de colorante más bajas, sin embargo, la intensidad inicial de la fluorescencia se reduce, disminuyendo el número de divisiones celulares que pueden ser seguidos. Además, después de marcar con CFSE, hay una proliferación independiente de ~ 50% de pérdida de la fluorescencia inicial durante el primer período de 24 a 48 hr, lo que limita el rango dinámico de este ensayo 19,20.
La mayoría de estos ensayos reflejan el estado colectivo de grandes números de células y requieren el tratamiento de las células con tintes fluorescentes. Las células necróticas y apoptóticas también podrían contribuir a estas medidas, a menos que se eliminan del análisis por tinción con productos químicos o anticuerpos.
Blastogénesis de linfocitos puede ser evaluada por una variedad de métodos, tales como la microscopía óptica o citometría de flujo 4,21,22. A continuación, describimos un método rápido para la medición de tamaños de células T usando unan automatizado contador de células, que recoge imágenes de células en tiempo real que se almacenan y se pueden volver a analizarse en un momento posterior. Además de las mediciones de tamaño, este dispositivo proporciona el número de células precisas y el porcentaje de células viables, como se determina por exclusión de tripan mancha azul. El dispositivo utilizado en este protocolo está disponible comercialmente, y el fabricante a prueba la precisión del instrumento usando tres instrumentos diferentes y varios controles de concentración y viabilidad. Los resultados de estos estudios demostraron un coeficiente de varianza que era generalmente inferior a 6%. Como se ha indicado en el protocolo, el dispositivo se calibra de forma regular con 6 micras y 8 micras perlas de poliestireno de diámetro. Las ventajas de utilizar un contador de células para diferenciar entre las células T en reposo y linfoblastos T a base de diámetro de la celda es la facilidad de uso y la naturaleza automatizada del análisis. El software es capaz de dibujar un círculo alrededor de cada célula y calcular el diámetro de la célula. Además, el imlas edades son visibles para el operador, que puede verificar la exactitud del instrumento en la identificación de las células y correcta de dibujar un círculo alrededor de ellos. En términos de limitaciones, el instrumento no es per se puede diferenciar entre los escombros y las células; por lo tanto, es importante que el operador ve cada imagen, ya que se está procesando. Hay un potencial para la incorporación de burbujas de aire, lo cual disminuirá el número de campos utilizables para el análisis; sin embargo, esto es raro si no se realiza el mantenimiento de lavado regular.
En este estudio, los grupos de linfocitos T esplénicas se estimularon con ionomicina y concentraciones crecientes de PMA para 12 a 48 hr. concentraciones de PMA tan bajas como 2 ng tanto una respuesta blastogénica / ml inducida robusto y proliferación significativa. Las mediciones de los efectos de varios fármacos, como la inmunosupresores ciclosporina A (CsA), FK506 (tacrolimus), y rapamicina (sirolimus), así como bloqueadores de los canales de iones TRAM-34 y FTY720 (fingolimod), en blastogénesis demostró buena concordancia con los efectos descritos sobre la proliferación. La respuesta blastogénica de PBMCs humanos a la estimulación con PMA / ionomicina y murina de células T con anti-CD3 y anti-CD28 perlas recubiertas de anticuerpos magnéticos también se midieron.
El ensayo contador de células cuantifica tanto blastogénesis y la tasa de proliferación (densidad celular) al mismo tiempo, pero por separado, a diferencia de los métodos antes mencionados, que se parecen a una combinación de estos efectos. El protocolo presentado proporciona una técnica rápida y robusta para la evaluación de la potencia de los agentes mitogénicos y inmunomoduladores.
A continuación, describimos una técnica para la rápida detección y cuantificación de células T transformación blastogénica usando un contador de células automatizado. Bajo nuestras condiciones (250 ng / ml de PMA y 250 nM ionomicina estimulación), el área de la superficie celular se aumentó dos veces y el volumen tres veces después de 48 h de activación. El ensayo es suficientemente sensible para detectar la voladura durante la primera 12 h de activación, en el que el volumen de la célula aumentó sólo 1,25 veces en comparación con reposo (Figura 2D). Un mecanismo más fisiológicamente relevantes de la activación de células T utilizando anti-CD3 y perlas magnéticas recubiertas con anticuerpo anti-CD28 produjo una respuesta blastogénica significativa, con un aumento medio de 2,3 veces en el volumen (72 hr después de la activación, la Figura 3D). Células mononucleares humanas mostraron un cambio de 2,6 veces en volumen a PMA / ionomicina estimulación durante 48 horas (Figura 4). El diámetro medio de las células T del bazo del ratón ICR y el volumen se determinó que eran6,9 micras y 1,9 x 10 -4 nl, respectivamente. PBMCs humanos (de un donante sano) tenían un diámetro medio de 7,7 micras y un volumen promedio de 2,7 x 10 -4 nl. Usando este protocolo, también a prueba concentraciones crecientes de PMA por su capacidad para activar las células T. Estos resultados unicelulares fueron consistentes con los ensayos de proliferación realizados en concentraciones similares de EPM.
Varios compuestos reportados para afectar la proliferación de células se ensayaron: FTY720 31,32; la inmunosupresores ciclosporina A, FK506, y rapamicina 27,28; y TRAM-34, un bloqueador de los canales de calcio activados por KCa3.1 33,35. Se encontró que, a las concentraciones ensayadas, los inhibidores más potentes de blastogénesis eran CsA y FK506. La rapamicina tenía un efecto supresor más pequeño pero estadísticamente significativo en la blastogénesis. TRAM-34, por otro lado, no afectó a la blastogénesis.
CsA suprime tanto la blastogénesis y proliferation, pero no completamente (Figura 2B y 2C), lo que demuestra que la medición contador de células automatizado es una buena correlación de la eficiencia de drogas en la proliferación de células T. En presencia de rapamicina junto con CsA, blastogénesis se inhibió completamente, lo que sugiere que las vías mediadas por mTOR NFAT- y en combinación pueden dar cuenta plenamente para la ampliación de las células T a la estimulación mitogénica con PMA / ionomicina (Figura 3C).
El rango dinámico de algunos ensayos de proliferación está limitada (véase la Figura 2). Los ensayos de proliferación, como la que hemos utilizado (Figura 2C), reportar una señal que incluye las contribuciones de células apoptóticas y necróticas. Las medidas automáticas de cambio de diámetro no tienen esa limitación, ya que las mediciones se refieren sólo a las células viables. La viabilidad celular se evaluó mediante la exclusión de tinción de azul de tripano de las células sanas, viables. En las mediciones de tamaño, utilizando adelantedispersión de la luz en citometría de flujo de células doblete discriminación puede ser problemático 22. En las mediciones de contador de células automatizado, sin población doblete se encontró (Figura 1). Además, la medición fue suficientemente preciso para distinguir entre los efectos de 100 y 200 nM ciclosporina (Tabla 1) y para detectar la blastogénesis dentro de 12 h de la estimulación mitogénica (Figura 2D).
Este nuevo ensayo es particularmente útil para pequeñas cantidades de muestras. Hasta 15 muestras se pueden medir en 1 hr. Sin embargo, el ensayo tiene sus limitaciones, la mayoría de los cuales pueden ser mitigados. A pesar de que puede resolver con eficacia diferencia pequeña (<1 m) de diámetro celular, el modelo de máquina que usamos tiene un umbral de detección inferior de 5 micras. Este límite puede causar la sobreestimación de tamaños muy pequeños de células, ya que excluye efectivamente todas las células con diámetros más pequeños. Sin embargo, los nuevos modelos de la contador de células tienen umbral de detecciónedad de ~ 2 micras, que debería aliviar este problema. Si hay demasiada escombros en la muestra, el instrumento las trata como células viables. Además, las burbujas de aire de vez en cuando pueden entrar en la celda de flujo y causar distorsiones en las imágenes captadas por las células de la máquina. La distorsión no parece afectar a la determinación de la viabilidad, pero puede afectar a los diámetros medidos. Por lo tanto, se recomienda que todas las imágenes ser revisados por el experimentador haya burbujas de aire antes de aceptar los datos de cada ensayo para el análisis. Puesto que el software sólo se dibuja círculos alrededor de las células, los diámetros de las células no esféricas pueden ser sesgada hacia el eje largo, haciendo que el ensayo de menos adecuados para las células no esféricas.
Este ensayo es rápido, teniendo aproximadamente 4 min por muestra, en comparación con los ensayos de proliferación, que requieren un par de horas. La recolección de datos es también bastante sencilla utilizando el software incluido con el dispositivo. El software puede exportar los datos de medición a un spreadsheet para el análisis. Finalmente, es una sola célula, en lugar de una población, la medición; tanto la blastogénesis y la proliferación se miden; y distingue entre las células viables y muertas al mismo tiempo. Se puede utilizar para evaluar varias cepas de ratón por su capacidad para montar una respuesta inmune. El ensayo también puede ser utilizado con éxito para la medición de la blastogénesis en las células T de donantes humanos (Figura 4), y también puede ser utilizado en otros tipos de células.
Aumenta el volumen celular se sabe que contribuyen a la regulación del metabolismo: hinchazón celular estimula la síntesis de glucógeno inducida por la glutamina y la lipogénesis en los hepatocitos 36,37. Los neutrófilos muestran migración asociada a aumentos de volumen de 35-60%, mientras que los agentes quimiotácticos inducen inflamación 10-15% 38-40. El ensayo actual potencialmente se puede utilizar para estudiar estos procesos.
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 |