Cella singola analisi di Immunophenotype e produzione di citochine nel sangue periferico intero tramite citometria a massa

Le malattie autoimmuni sono delle principali cause di morbilità e mortalità che colpisce 3-8% della popolazione. Negli Stati Uniti, disordini autoimmuni sono tra le principali cause di morte tra le donne giovani e di mezza età (età < 65 anni)^1,2. Disordini autoimmuni sono caratterizzati dalla presentazione clinica eterogenea e diversificati processi immunologici sottostanti. Lo spettro di eterogeneità è ben rappresentato in diversi disturbi, come la partecipazione unita nell’artrite reumatoide (RA) e malattia neurologica nella sclerosi multipla (MS). Tuttavia, questo livello di eterogeneità è esemplificato anche all’interno di un singolo disordine, come il lupus eritematoso sistemico (Les): alcuni pazienti possono presentare con patologia renale, mentre gli altri soffrono di coinvolgimento ematologico o misto³.

Immunopatogenesi sottostante nei disordini autoimmuni rispecchia l’eterogeneità clinica, che coinvolge e iper-attivazione automatica di più sottoinsiemi delle cellule immuni innate ed adattabili e dysregulated concomitante produzione di citochine. Mentre citochine svolgono un ruolo fondamentale nella patogenesi della malattia autoimmune, comprendere il loro ruolo specifico nel meccanismo di malattia ha dimostrato di essere impegnativo. Le citochine sono caratterizzate da pleiotropia (una citochina può avere molteplici effetti su diversi tipi di cellule), ridondanza (citochine multiple possono avere lo stesso effetto), la dualità (una citochina può avere effetti pro – o anti – infiammatori in condizioni diverse), e plasticità (citochine possono essere modellate in un ruolo diverso da quello “originale”, a seconda dell’ambiente)^4,5,6. Di conseguenza, metodi a livello di popolazione non possono distinguere le risposte cellulari eterogenee per la stessa “milieu citochinico”. Allo stesso modo, progettazione degli studi che si concentrano su un aspetto specifico del sistema immunitario (una citochina o tipo unicellulare), non offrono una valutazione globale di tutti gli elementi coinvolti nella malattia autoimmune complessa. Mentre studi basati su sieri di pazienti hanno offerto importanti intuizioni autoimmunità, non forniscono la fonte cellulare specifica delle citochine dysregulated rilevate.

Recentemente, abbiamo sviluppato un approccio di proteomica di singola cellula per valutare contemporaneamente più tipi di cellule immunitarie e rilevare le loro varie perturbazioni di citochina nell’ambiente del paziente specifico “patogeni” plasma sanguigno periferico fattori circolanti. Il flusso di lavoro descritto qui è caratterizzato dall’uso di campioni di sangue intero periferico intatto, al contrario di cellule mononucleari di sangue periferico isolato (PBMCs). Sangue periferico intero rappresenta il veicolo più fisiologicamente rilevante per studiare la malattia immune-mediata sistematica, compreso globuli 1) non-mononucleari spesso coinvolti nella malattia autoimmune (cioè, neutrofili, piastrine) e 2) del plasma circolazione di fattori, quali gli acidi nucleici, i complessi immuni e citochine, che hanno ruoli di attivazione immunitario. Per catturare il “intrinseco patogeni” produzione dysregulated di citochina, sangue periferico campioni vengono elaborati immediatamente dopo il prelievo del sangue (T0, tempo zero) e dopo 6 h di incubazione a 37 ° C (temperatura corporea fisiologica) con un trasporto di proteine inibitore in assenza di qualsiasi condizione di stimolazione esogena (T6, tempo 6 h), per rilevare la produzione di citochine (accumulo, T6-T0) che rifletta lo stato di malattia “intrinseca” (Figura 1). Per studiare processi dysregulated che riflettono sopra o sotto-attivazione di vie di segnalazione coinvolte nelle risposte immunitarie pertinenti alla malattia, campioni di sangue periferici sono trattati (6 ore di incubazione a 37 ° C con un inibitore della proteina di trasporto) con un esogeno stimolando la condizione che riflette la patogenesi della malattia, quali gli agonisti del recettore Toll-Like (TLR) nel caso di SLE (T6 + R848, tempo 6 h con R848 1 µ g/mL), per rilevare la produzione di citochine che riflettesse una risposta agli acidi nucleici (confronto tra T0 vs T6 vs T6 + R848, Figura 1). Per studiare gli effetti immunomodulatori di terapie disponibili ex vivo, come si riferiscono ai processi dysregulated immune preciso per specifici pazienti, campioni di sangue periferici sono trattati con un inibitore JAK alle pertinenti terapeutico concentrazione (qui, 5 uM ruxolitinib; T6 + 5R, tempo 6h con 5 uM ruxolitinib), per rilevare le modifiche nello stato di malattia “intrinseca” in risposta al farmaco (T0 vs T6 vs T6 + 5R, Figura 1). Un inibitore JAK è stato scelto per questo studio perché gli inibitori JAK sono stati indicati per avere successo nel trattamento di malattie autoimmuni come ra

Per valutare contemporaneamente i processi di dysregulated sopra descritti in più sottoinsiemi di cellule immunitarie, i campioni di sangue periferico da SLE pazienti e controlli sani sono stati trattati come descritto in precedenza e analizzati mediante citometria a massa. Citometria a massa, noto anche come Cytometry-Time-Of-Flight, offre analisi unicellulare di oltre 40 parametri senza problemi di spettrale si sovrappongono^7,8,9. Questa tecnica utilizza terre rare isotopi del metallo sotto forma di ioni metallici solubili come tag associato agli anticorpi, invece di fluorofori¹⁰. Ulteriori dettagli riguardanti la piattaforma tecnologica di citometria a massa (cioè, tuning e calibrazione, acquisizione di esempio) possono essere trovati in Leipold et al e McCarthy et al. ^{11 , 12} l’alta-dimensionalità di massa cytometry consente la misura simultanea delle citochine multiple in tutta sottoinsiemi delle cellule immuni innate ed adattabili con granularità di singola cellula (Tabella materiali).

Corrente convenzionale di parametri clinici e di laboratorio spesso non sono sufficientemente specifiche per la rilevazione di attività di malattia in corso o la risposta a specifici immunomodulatori¹³, che riflette la necessità di delineare meglio il sistema immunitario sottostante o sensibili modifiche che guidano le fiammate. Data la pervasività della citochina disregolazione nella malattia autoimmune, hanno una pletora di approcci terapeutici che utilizzano gli anticorpi o piccoli inibitori molecolari targeting citochine o segnalazione di proteine coinvolte nella regolazione della produzione di citochine recentemente è emerso. Nella sua forma base, l’approccio analitico di sangue periferico qui descritto fornisce una piattaforma per identificare dysregulated paziente-specifici sottoinsiemi di cellule e la loro produzione di citochina anormale nella malattia autoimmune con le manifestazioni sistematiche. Questa metodologia permette per la personalizzazione delle scelte terapeutiche come citochine dysregulated specifici possono essere identificate, trattamento specifico di opzioni possono essere esaminato ex vivo per valutare la loro capacità di immunomodulate il paziente malattia specifica processo.