Метод «все на кристалле» для быстрого анализа хемотаксиса нейтрофилов непосредственно из капли крови

Хемотаксис, процесс направленной миграции клеток в растворимый градиент концентрации химических веществ, критически участвует во многих биологических процессах, включая иммунный ответ ^{1 , 2 , 3} , развитие тканей ⁴ и метастазы рака ⁵ . Нейтрофилы являются наиболее распространенным подсемейством лейкоцитов и играют решающую роль в обеспечении врожденных функций защиты организма в целом, а также в опосредовании адаптивных иммунных реакций ^{6 , 7} . Нейтрофилы снабжены высокорегулируемым хемотаксическим механизмом, позволяющим этим подвижным иммунным клеткам реагировать как на хемоаттрактанты, вызванные патогеном ( например, fMLP), так и на хетоаттрактанты хозяина ( например, интерлейкин-8) через хемотаксис ⁸ . Нейтрофильная миграция и хемотаксис опосредуют различные физиологические проблемыИ такие заболевания, как воспаление и рак ^{1 , 9} . Таким образом, точная оценка хемотаксиса нейтрофилов является важным функциональным показанием для изучения биологии нейтрофилов и связанных с ними заболеваний.

По сравнению с широко используемыми традиционными методами хемотаксиса ( например, анализ трансмуазы ¹⁰ ) микрофлюидные устройства демонстрируют большие перспективы для количественной оценки миграции клеток и хемотаксиса благодаря точно контролируемой генерации химического градиента и миниатюризации ^{11 , 12 , 13} . В течение последних двух десятилетий или около того были разработаны различные микрожидкостные устройства для изучения хемотаксиса различных типов биологических клеток, особенно нейтрофилов ¹¹ . Значительные усилия были посвящены характеристике миграции нейтрофилов в пространственно-временном комплексе че Которые были сконфигурированы в микрожидкостных устройствах ^{14 , 15} . Были также разработаны интересные стратегии для изучения направленного принятия решений нейтрофилами с использованием микрожидкостных устройств ^16. Помимо исследований, основанных на биологических исследованиях, применение микрожидкостных устройств было расширено для тестирования клинических образцов для оценки состояния ^{17 , 18 , 19} . Однако использование многих микрожидкостных устройств ограничено специализированными исследовательскими лабораториями и требует длительной изоляции нейтрофилов от большого объема образцов крови. Таким образом, наблюдается растущая тенденция разработки интегрированных микрожидкостных устройств для быстрого анализа хемотаксиса нейтрофилов непосредственно из капли цельной крови ^{20 , 21 , 22 ,}Ef "> 23 ^{, 24} .

В этом направлении был разработан метод «все на кристалле», который объединяет магнитную отрицательную очистку нейтрофилов и последующий анализ хемотаксиса на одном микрожидкостном устройстве ²⁵ . Этот метод «все на кристалле» имеет следующие новые особенности: 1) в отличие от предыдущих стратегий на чипе, которые изолируют нейтрофилы от крови путем адгезионной фиксации клеток или фильтрации на основе клеток ^{20 , 22} , этот новый метод позволяет Чистота, магнитное разделение нейтрофилов на кристалле от небольших объемов цельной крови, а также измерение хемотаксиса при стимуляции хемоаттрактанта; 2) структура док-станции ячейки позволяет выровнять начальные положения нейтрофилов близко к каналу химического градиента и позволяет провести простой анализ хемотаксиса без одноцелевого отслеживания; 3) интеграция изоляции нейтрофилов и хемотовОсевой анализ на одном микрожидкостном устройстве позволяет проводить быстрый анализ хемотаксиса с результатом до 25 мин, когда нет прерывания между экспериментальными стадиями.

В настоящем документе представлен подробный протокол для метода построения, эксплуатации и анализа данных этого хемотаксиса на основе кристаллов. В статье показано эффективное использование разработанного метода для проведения нейтрофильного хемотаксиса путем тестирования известного рекомбинантного хемоаттрактанта и сложных хемотактических образцов у пациентов, а затем обсуждение стратегий устранения неполадок, ограничений и будущих направлений.