Bu yazıda, flow sitometri ve immünofloresan mikroskopi kullanılarak normal insan ve fare kanı ve kemik iliğinde epitel hücrelerinin varlığına dair yeni bulgular içeren tekrarlanabilir bir yöntem sunulmaktadır. Bu bulguları doğrulamak için in vivo yöntem olarak Krt1-14;mTmG transgenik fareler kullanıldı.
Epitel hücreleri, kanser ve diğer hastalıkları olan hastaların kan ve kemik iliğinde tanımlanmıştır. Bununla birlikte, sağlıklı bireylerin kanında ve kemik iliğinde normal epitel hücrelerinin varlığı henüz tutarlı bir şekilde tanımlanmamıştır. Burada, epitel hücrelerini sağlıklı insan ve murin kanından ve kemik iliğinden (BM) akış sitometrisi ve immünofloresan (IF) mikroskobu kullanarak izole etmek için tekrarlanabilir bir yöntem sunulmaktadır. Sağlıklı bireylerde epitel hücreleri ilk olarak epitel hücre adezyon molekülü (EpCAM) kullanılarak akım sitometrisi ile tanımlanmış ve izole edilmiştir. Bu EpCAM+ hücrelerinin, Krt1-14;mTmG transgenik farelerde immünofloresan mikroskopi kullanılarak keratin eksprese ettiği doğrulandı. İnsan kan örneklerinde %0.18 ± 0.0004 EpCAM+ hücresi vardı (SEM; n=7 biyolojik replika, 4 deneysel replika). İnsan BM’sinde, mononükleer hücrelerin %3.53’ü ± 0.006’sı (SEM; n=3 biyolojik replika, 4 deneysel replika) EpCAM+ idi. Fare kanında EpCAM+ hücreleri %0.45 ± 0.0006 (SEM; n=2 biyolojik replika, 4 deneysel replika) ve fare BM’sinde %5.17 ± 0.001 (SEM; n=3 biyolojik replika, 4 deneysel replika) EpCAM+ idi. Farelerde, tüm EpCAM + hücreleri, IF mikroskobu ile belirlendiği gibi, pan-sitokeratine immünoreaktifti. Sonuçlar, Krt1-14;mTmG transgenik fareler kullanılarak, düşük (analiz edilen 10 6 hücre başına8.6 doğal GFP + hücresi; canlı hücrelerin% 0.085’i), ancak normal murin BM’de bulunan GFP + hücrelerinin önemli sayıları (p < 0.0005) kullanılarak doğrulandı. çoklu negatif kontrollerle karşılaştırıldığında rastgeleliğin sonucu değildi. Ayrıca, fare kanındaki EpCAM + hücreleri CD45 + hücrelerinden daha heterojendi (BM'de% 0.58; kanda% 0.13). Bu gözlemler, sitokeratin proteinlerini eksprese eden hücrelerin, insan ve murin kanı ve BM'den mononükleer hücreler arasında tekrarlanabilir olarak tespit edilebildiği sonucuna varmıştır. Sağlıklı bireylerde bu pan-sitokeratin epitel hücrelerinin işlevini tanımlamak ve belirlemek için kullanılabilecek bir doku toplama, akış sitometrisi ve immün boyama yöntemi gösteriyoruz.
Epitel hücreleri, vücudumuz ve çevre arasındaki fiziksel bariyerlerde bulunur ve mikro ortamlarındaki değişiklikleri tanıyabilir ve bunlara cevap verebilir1. Yeni dokuyu tersine çevirmek ve hasarı onarmak için bir yol sağlayan çoğalan bir kök hücre nişine sahiptirler2. Laboratuvarımız cildin saç köklerindeki kök hücreleri inceler; Deri, epitel dokusunu ve kök hücre proliferasyonunu incelemek için iyi bir modeldir, çünkü kolayca görülebilir ve sürekli bir hücre döngüsü vardır. Epitel kanserleri, muhtemelen cilt gibi epitel dokuları nedeniyle, çevresel kanserojenlere karşı ilk savunma hattı olan, yüksek devir hızlarına ve epitel hücrelerinin çoğalmasına neden olan en yaygın kanser şeklidir3. Üst koruyucu tabaka olan deri epidermisinin çoğu, destek ve yapı sağlamak için farklı keratin türlerini ifade eden keratinositlerden oluşur4. Epitel kanserli hastalar genellikle kanlarında ve kemik iliğinde keratinleri de eksprese eden epitel hücrelerine sahiptir. Sıvı biyopsiler, farklı vücut sıvılarındaki bu epitel hücrelerini tespit etmek ve izlemek için invaziv olmayan bir yoldur5. Dolaşımdaki tümör hücreleri (CTC’ler) olarak da adlandırılan dolaşımdaki epitel hücreleri, periferik kanda bulunur ve kanser prognozu için biyobelirteçler olabilir, ayrıca bireyselleştirilmiş tedavi tedavilerine rehberlik edebilir. CTC’ler ayrıca hastalığın ilerlemesini, tedavi etkinliğini ve genel hasta sağkalımını da gösterebilir 5,6.
Epitel hücre adezyon molekülü (EpCAM), KTC’ler için klinik olarak kullanılan bir belirteçtir ve kanser hastalarında epitel kökenli tümörleri tanımlayabilir. EpCAM hücre yapışması, göçü, sinyalizasyonu, çoğalması ve farklılaşmasında rol oynar6. Dolaşımdaki bir epitel hücresinin CTC olarak sınıflandırılması için, sitokeratinler 8, 18 ve 19 için pozitif ve yaygın bir lökosit belirteci6 olan CD45 için negatif olması gerekir. CTC’ler genellikle önce CD45’in manyetik mikroboncuklarla tükenmesi, ardından immünofloresan mikroskopi7 kullanılarak EpCAM ve sitokeratin 19’un test edilmesiyle tanımlanır. CTC’lerin tespitindeki ana sınırlama nadirlikleridir; Kandaki tüm hücrelerin% 0.01’inden azını oluştururlar ve çok azı uzak organlara ulaşmak için dolaşımda hayatta kalır 8,9,10. Nadir doğaları nedeniyle bu hücreleri izole etmek ve tanımlamak için deneyler ve teknikler tasarlarken dikkate alınmalıdır. Şu anda, CTC’leri tanımlamak için kullanılan yalnızca bir Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) onaylı otomatik tek hücreli ayıklayıcı vardır ve biyobelirteç olarak EpCAM’i kullanmaktadır. Diğer yöntemler arasında manyetik boncuk ayırma ve akış sitometrisi veya bu yöntemlerin bir kombinasyonu bulunur. Nadir CTC’lerin tespiti için daha yüksek duyarlılık ve özgüllüğe sahip yeni tekniklere ihtiyaç vardır11.
Akım sitometrisi, kan, kemik iliği ve diğer doku örneklerinde nadir hücre popülasyonlarının tespiti için tercih edilen bir yöntemdir. Bu nadir hücreler kök hücreleri, dolaşımdaki endotel hücrelerini, CTC’leri ve artık hastalık hücrelerini içerebilir. Akış sitometrisi, her hücre tipinin kantitatif ölçümlerini sağlar ve bu hücreleri daha fazla test için sıralar 7,9. Bu nadir hücrelerin doğru bir şekilde değerlendirilmesini sağlamak için artımlı sayımlar yapıldı. Hücreleri daha fazla analizden dışlamak için geçit kullanma yeteneği, hücreleri analiz ederken özgüllüğü arttırmanın bir yoludur. Akış sitometrisinin sınırlamaları, büyük örneklerin analizi için gereken süre ve hücre kimliği için görsel doğrulama eksikliğidir. Bunun üstesinden gelmek için, kimliklerini doğrulamak için sıralanan hücreler üzerinde immünofloresan mikroskobu yapıldı.
Daha önce laboratuvarımız farelerde kemik iliği hücrelerinin işe alındığını ve cilt tümörlerine katkıda bulunduğunu göstermiştir12. Bu kemik iliği kaynaklı hücreler pan-sitokeratin ve epidermal sitokeratin için pozitiftir. Epitel kök hücrelerinin, kemik iliği kaynaklı hücrelerin ve sitokeratin eksprese eden hücrelerin tümör progresyonundaki rolünü daha fazla aydınlatmak için, normal murin ve insan kanı ve kemik iliği örneklerinde EpCAM + sitokeratin-pozitif hücreler arandı. Çoğu deneyde olduğu gibi, bu yöntem birden fazla yineleme yoluyla geliştirilmiştir. Daha önce, transgenik fareler, kemik iliği12’deki K14GFP eksprese eden hücreleri aramak için artımlı sayımlarla birlikte kullanıldı. Daha fazla hücre sayıldıkça, temsili sonuçlar bölümünde Şekil 1’de gösterildiği gibi, nadir hücrelerin temsili bir popülasyonu tanımlanabildi. Normal kan ve kemik iliğindeki epitel hücrelerini araştırmanın mantığı, normal sağlıklı donörlerin arka plan EpCAM + hücre seviyelerine sahip olduğu CTC’lerle ilgili erken literatüre dayanıyordu13. Daha önce de belirtildiği gibi, EpCAM karakterizasyonu genellikle CD45’in tükenmesiyle başlar. Bazı hematopoetik hücrelerin EpCAM ve sitokeratin ekspresyonuna sahip olması nedeniyle bu adım atlanmıştır ve daha fazla araştırılması gereken bilinmeyen nedenlerden dolayıdır. Bu nedenle, hücreler, hücre soyuna bakılmaksızın EpCAM’in varlığına veya yokluğuna göre sıralandı ve daha sonra sitokeratin için immünoboya yapıldı. Aşağıdaki protokol ve Şekil 2’de gösterilen iş akışı, epitel hücrelerinin bu nadir popülasyonlarını izole etmek ve tanımlamak için kompanzasyon ve kontroller, istatistiksel yöntemler ve immünofloresan görüntüleme ile akış sitometrisini kullanan bir tekniği tanımlamaktadır.
Literatürde kemik iliğinde epitel hücrelerinin varlığına dair bazı kanıtlar vardır. Daha önce, makaleler tipik olarak epitel hücrelerinin karaciğer, akciğer, gastrointestinal (GI) sistem, timus ve cilt14,15,16,17 gibi hastalık ve yaralanma bağlamında rolünü araştırmıştır. Bununla birlikte, sağlıklı bireylerin kemik iliğinde bu epitel hücrelerinin varlığı hakkında fazla bir şey bilinmemektedir. Bu yazıda, epitel hücrelerinin normal kan ve kemik iliğinden tanımlanması ve izole edilmesi amacıyla tekrarlanabilir bir yöntem oluşturulması amaçlanmıştır. Bu yöntem, epitel hücrelerinin neden mevcut olduğunu ve hastalığın yokluğunda kan ve kemik iliğindeki rollerinin ne olduğunu belirlemek için alanı ileriye götürecektir; Belki de bu hücreler normal doku bakımının bir parçasıdır veya yaralanma zamanlarında aktive edilir. Kemik iliği kök hücrelerin bir deposudur; Bununla birlikte, bu epitel hücrelerinin soyunun ne olabileceği belirsizdir. Yakın tarihli bir makalede, timusta kemik iliği kaynaklı epitel hücreleri, ilk önce EpCAM ve hematopoetik belirteç CD45’i eksprese eden ve daha sonra yaralanmadan sonra zamanla CD45 ekspresyonunu kaybeden tartışılmaktadır15. Laboratuvarımızdan yapılan araştırmalar, yaralanma yokluğunda sağlıklı kan ve kemik iliğinde CD45 + EpCAM + hücrelerinin varlığını da doğrulamıştır12. Bununla birlikte, bu hücrelerin rolü henüz belirlenmemiştir.
Sağlıklı kemik iliğindeki epitel hücrelerini incelemek için tekrarlanabilir bir yönteme ihtiyaç vardı. Açıklanan yöntem, bu hücrelerin normal durumlarında daha fazla karakterize edilmesine yardımcı olacaktır. Tekrarlanabilirliği korumak için bu yöntemde önemli adımlar vardır. Bu protokoldeki en kritik adımlardan biri, kemik iliğini farelerden toplarken davlumbazda steril bir ortam sağlamaktır. Birden fazla fareden hasat yapılıyorsa, her fare için yeni iğneler ve şırıngalar kullanılarak numuneler arasında çapraz kontaminasyon önlenir. Bu aynı zamanda numunenin temiz olmasını ve sonuçları etkileyebilecek herhangi bir kirletici madde içermemesini sağlar. Ek olarak, her ek fare için hazırlanan şırıngaların ve etiketli konik tüplerin sayısı arttırılmalıdır. Bir diğer önemli adım, kemik iliği hücrelerinin çoğunun çıkarıldığından emin olmak için temiz beyaz bir renk belirginleşene kadar kemiklerin yıkanmasını içerir; Nadir hücreleri tespit etme şansı daha saf bir örnekte artar. Kırmızı kan hücresi lizis protokolünü optimize etmek için bir değişiklik yapıldı; Bu adımda hücrelerin neredeyse yarısı kaybedildiğinden, sürekli olarak yüksek canlılık veren doğru olanı bulmak için birkaç lizis tamponu test edildi. Diğer ortamlarda daha iyi sonuçlar elde etmek için farklı reaktiflerin ve inkübasyon sürelerinin optimize edilmesi gerekebilir.
Bu protokolün en önemli sınırlaması, nadir hücre popülasyonlarını bulmak için akış sitometrisinin kullanılmasıdır. Daha önce de tartışıldığı gibi, kontrollerin ve artımlı sayımların eklenmesi, analizin özgüllüğünü ve doğruluğunu artırmaya yardımcı olur. Diğer bir sınırlama, ilgili popülasyon için uygun belirteçlerin önceden tanımlanması gerektiğidir. Bu nedenle, anahtar belirteçler, akış sitometrisi için antikorlar ve hedef türlerle uyumlu antikorlar hakkında bilgi sahibi olmak gerekir.
Bu yöntemler, mevcut otomatik CTC izolatörünün ve tek hücreli RNA diziliminin maliyetinin bir kısmında tek hücre analizine izin verdikleri için mevcut yöntemlere göre bir gelişmedir. Ek olarak, akış sitometrisi daha kolay kullanılabilir. FACS, manyetik mikroboncuk ayırma kullanarak daha önce bildirilen sonuçlarla karşılaştırıldığında hücreler için daha yüksek canlılık sağlamıştır. Son olarak, bu teknikler, toplu RNA dizilimi, scRNA dizilimi veya hücre kültürü gibi aşağı akış analizleri için hücrelerin ayrılmasına izin verir.
The authors have nothing to disclose.
Josh Monts, Çekirdek Tesis Akış Sitometresi Teknisyeni, Hormel Enstitüsü
Todd Schuster, Çekirdek Tesis Yöneticisi, Hormel Enstitüsü
Derek Gordon, İstatistikçi, Rutgers Üniversitesi
Editoryal yardımı için Clarus Editorial Services, Santa Fe, NM’den Karen Klein’a teşekkür ederiz.
Bu çalışma kısmen, R21 AR075281 Ödül Numarası altında Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Artrit ve Kas-İskelet ve Deri Hastalıkları Enstitüsü ve Minnesota Üniversitesi Araştırma Başkan Yardımcısı Ofisi Araştırma, Sanat ve Burs Yardımı Hibe tarafından desteklenmiştir (Öneri #324240). Hormel Enstitüsü’nün desteğini minnetle kabul ediyoruz.
40 μm Cell Strainer | Falcon | 352340 | Used to filter out any large clumps of cells from bone marrow |
5 mL Polystyrene Round-bottom tube | Falcon | 352054 | Tubes used for flow cytometry |
500 mL jar with lid | Nalgene | 11-823-32 | Used to wash the mouse |
190 proof Ethanol | Decon laboratories Inc | 2801 | Diluted to 70% with dH2O |
Alexa Fluor 488 Goat anti-rabbit IgG (H+L) | Invitrogen | A11008 | Dilution: 1:1000 |
Brightline Hemacytometer | Hausser Scientific | 02-671-10 | Used to count alive cells |
Bovine Serum Albumin | Jackson ImmunoResearch | 001-000-162 | Component of antibody diluent |
Characterized Fetal Bovine Serum (FBS) | Hyclone | SH30071.03 | Component of staining buffer and harvesting solution |
Curity gauze sponges | Covidien | 2187 | Used to keep a clean work area when harvesting limbs and bone marrow |
Curved Forceps | Miltex | 18-784 | Used during harvest |
Cytokeratin, Wide Spectrum Screening | Dako | Z0622 | Dilution 1:750 *Now discontinued |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (DPBS 1x) | Gibco | 14190-144 500mL | Used to stop the red blood cell lysis reaction |
Ethylenediaminetetraacetic acid | Sigma Aldrich | E9884-100G | Used at 0.5 M |
Gentamicin sulfate | Lonza | 17-518Z | Component of harvesting solution |
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS 1x) | Gibco | 14175-095 500mL | Component of harvesting solution and staining buffer solution |
Luer-Lok tip 10 mL syringe | Becton, Dickinson and Co | 309604 | Used with 26G needle to flush bones, used with 20G needle to break up clumps |
Magic touch 2 ice bucket | BelArt | M16807-2001 | Used to store the specimens on ice |
Nonfat dry milk | Apex | 20-241 | Component of Antibody Diluent |
Normal horse serum | Vector | ZE0122 | Component of Antibody Diluent |
PE anti-human CD 326 (EpCAM) | Biolegend | 324206 | Dilution: 5 µl in 100 µl per 1×106 cells |
PE anti-mouse CD 326 (EpCAM) | Biolegend | 118205 | Dilution: 3 µl in 100 µl per 1×106 cells |
PE mouse IgG2b, κ isotype control | Biolegend | 400313 | Dilution: 1 µl in 100 µl per 1×106 cells |
PE rat anti-human CD49f | BD Biosciences | 555763 | Dilution: 20 µl in 100 µl per 1×106 cells |
PE rat IgG2am, κ Isotype control | Biolegend | 400508 | Dilution: 1 µl in 100 µl per 1×106 cells |
Polypropylene Conical Centrifuge Tubes 50 mL | Basix | 14-955-240 | Used in the centrifuge |
Povidone-Iodine Scrub | Aplicare | 82-227 | Antiseptic used to sterilize the mice |
PrecisionGlide Needle 20G x 1 1/2 | Becton, Dickinson and Co | 305176 | 20G needle used to break up bone marrow clumps |
PrecisionGlide Needle 26G x 1/2 | Becton, Dickinson and Co | 305111 | 26G needle used to flush bone marrow from bones |
PTFE Printed Slides | Electron Microscopy Services | 63422-06 | 8 well slides cells sorted onto for immunofluorescence |
RBC Lysis buffer 10X | Invitrogen | 00-4300-54 | Dilution 1:10 using sterile deionized water |
Scissors | Roboz | RS-6762 | Used during harvest |
Stainless steel surgical blade #4 | Bard-Parker | 371222 | Used during harvest |
Sterile tray | Polar ware | 10F | Used during harvest |
StretchEase Powder-free nitrile examination gloves | Denville Scientific | G4161 | Used during harvest |
Surgical Scalpel handle #4 | Fischer | 12-000-164 | Used with surgical blade |
TBS 20x | Thermo | Component of TBST, used at 1X | |
Trypan Blue Stain (0.4%) | Gibco | 15250-061 | Used to count dead cells. Filtered with .45 µm |
Tween 20 | Sigma Aldrich | P1379-500mL | Component of TBST |
Tweezers | Miltex | 6-8 | Used during harvest |
Vectashield Vibrance Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector | H-1800 | Nuclear stain for immunofluorescence |