Analyse van nanodeeltjes interactie met gedefinieerde subpopulaties van immune cellen door flowcytometrie.
Nanodeeltjes zijn begiftigd met veelbelovende eigenschappen voor therapeutische en diagnostische doeleinden. Dit werk beschrijft een snelle en betrouwbare analysemethode door middel van flowcytometrie om nanodeeltjes interactiestudie met immuuncellen. Primaire immune cellen kunnen gemakkelijk worden gezuiverd uit humane of muizen weefsels door antilichaam gemedieerde magnetische isolatie. In eerste instantie kunnen de verschillende celpopulaties die in een flowcytometer worden onderscheiden door de forward-strooilicht (FSC), die evenredig is celgrootte en de zijde verstrooide licht (SSC), om interne complexiteit cel. Bovendien, fluorescent gelabelde antilichamen tegen specifieke celoppervlak receptoren mogelijk de identificatie van verschillende subpopulaties binnen hetzelfde monster. Vaak, al deze functies variëren wanneer de cellen worden gestimuleerd door externe stimuli die hun fysiologische en morfologische toestand veranderen. Hier, 50 nm FITC-SiO 2 nanodeeltjes worden gebruikt als model om e identificerene internalisering van nano-gestructureerde materialen in het menselijk bloed immuuncellen. De cel fluorescentie en-side strooilicht verhoging na incubatie met nanodeeltjes liet ons toe om de tijd en de concentratie afhankelijkheid van nanodeeltjes-cel interactie te definiëren. Bovendien kan een dergelijke protocol worden uitgebreid tot Rhodamine-SiO2 nanodeeltjes interactie onderzoeken met primaire microglia, het centrale zenuwstelsel bewoner immuuncellen geïsoleerd van mutante muizen die specifiek tot expressie Green Fluorescent Protein (GFP) in de monocyt / macrofaaglijn. Tenslotte flowcytometrie gegevens over nanodeeltjes internalisatie in de cellen zijn bevestigd door confocale microscopie.
Nanomaterialen zijn tegenwoordig inspirerend het belang van het leven wetenschappers voor potentiële toepassingen medische biologie 1. Een grote verscheidenheid van anorganische en organische materialen kunnen worden gebruikt om nanostructuren te produceren met verschillende vormen, fysische en chemische eigenschappen. Onder deze structuren, synthetische nanodeeltjes van bolvorm aangetoond groot potentieel voor diagnostische en translationele geneeskunde 2. Hun kern en surface design worden aangedreven door een mogelijke toepassing en het impliceert een grondige studie van target cel responsen volgende nanodeeltjes contact en interactie. Nanodeeltjes die worden verondersteld om doelbewust worden toegediend aan menselijke patiënten zal in direct contact komen met verschillende soorten immuuncellen. Hun verantwoordelijkheid om het lichaam integriteit te behouden maakt ze een cruciaal onderwerp van onderzoek in nanomedicine 3.
De cellulaire deel van het aangeboren immuunsysteem wordt voornamelijk vertegenwoordigd door phagocyten. Onder hen, de monocyt / macrofaag lijn afgeleide cellen, waaronder het centrale zenuwstelsel resident microglia een belangrijke rol spelen in het immuunsysteem 4,5. Ze zijn in staat om beschermende reacties binnen enkele uren leiden na het ontmoeten van vreemde voorwerpen. Bovendien is de monocytcellen coördineren en instrueren de adaptieve immuunrespons door het vrijkomen van cytokines. Al deze gebeurtenissen plaatsvinden, zelfs in aanwezigheid van synthetische materialen, die grotendeels worden beschouwd als "niet-zelf" door het immuunsysteem 6.
Onder de werkwijzen historisch gebruikt immunologie voor celanalyse, flowcytometrie is een van de meest krachtige gereedschappen. Bovendien is de beschikbaarheid van technieken voor de identificatie of zuivering van een specifieke immune subpopulatie (vaak benutten uitsluiting of de aanwezigheid van een enkel membraan eiwit) kan nauwkeurig onderzoek naar de effecten van een bepaalde nanodeeltjes op die primaire cell type 7. Echter kunnen cellen fysiologische en morfologische veranderingen presenteren na blootstelling aan nanodeeltjes. Ook, kunnen nanodeeltjes afbreuk doen aan optische parameters, bijvoorbeeld absorptie of emissie van licht bij bepaalde golflengten, beïnvloeden de verkregen resultaten 8. Dus moet bruikbaarheidsgrenzen en eventuele aanpassing van de klassieke immunologische assays voor de studie van nieuwe materialen worden overwogen.
In dit onderzoek detectie van nanodeeltjes interactie met primaire immune cellen door flowcytometrie. Om dit probleem aan te pakken, 50 nm FITC-SiO 2 nanodeeltjes werden gebruikt als model nanomateriaal om de methode te beschrijven. Silica deeltjes kunnen op een zeer nauwkeurige wijze de nanoschaal worden geproduceerd. Grootte, vorm en oppervlakte-eigenschappen zoals lading of hydrofobiciteit, kunnen fijn worden afgestemd op hun biocompatibiliteit 9 verhogen. Vele eigenschappen van SiO2 nanodeeltjes kunnen ze worden gebruikt alsmodel voor drug delivery deeltjes 10. Bovendien kunnen fluorescerende kleurstoffen of quantum dots worden ingesloten of gekoppeld aan deze deeltjes het aanbieden van nuttige nano-instrumenten voor imaging doeleinden 11.
Het experimentele protocol presenteert zeer cruciale punten in aanmerking moeten worden genomen. Het is echt belangrijk om te werken bij 4 ° C (op ijs) en mogelijk in het donker tijdens alle stappen van de kleuring, omdat hogere temperaturen en verlichting kunnen een negatieve invloed hebben op de kleuring opbrengst. Nanodeeltjes kunnen worden gesonificeerd beter worden geresuspendeerd vlak voor gebruik.
Een juiste flowcytometrie analyse vereist een correcte kalibratie in de verschillende kanalen. Kalibratie van het instrument moet worden uitgevoerd voor elke experimentele sessie. Naast technische problemen met de apparatuur, kunnen er ook problemen met het antilichaam labeling. Het is verplicht om het antilichaam in een passende concentratie. Als de concentratie te hoog of te laag is, kan onbevredigend signaalintensiteiten het gevolg zijn.
De nadelen van deze techniek hebben betrekking op de noodzaak van het werken met monodisperse monsters, het onvermogen om het lokaliserenplaats van oorsprong van het signaal (dwz verschillende cellulaire compartimenten). Er zijn ook een aantal beperkingen in de keuze van fluorochromen te gebruiken in combinatie: de golflengte van het excitatie en emissiebanden moeten voldoende gescheiden om hun juiste meting mogelijk. Indien de gebruikte antilichaam spectra overlappen, wordt een correcte compensatie vereist.
Flowcytometrie is een krachtige methode voor cellulaire analyse of afwezigheid van nanodeeltjes. Deze techniek maakt een Multiparametrische studie van een cel, een groot aantal gebeurtenissen onderzocht snelheid analyse (meer dan 1000 cellen / sec), reproduceerbaarheid en statistische metingen. Monsters kunnen worden verwerkt zonder verlies van levensvatbaarheid van de cellen.
Door fluorescent gelabelde nanodeeltjes is het mogelijk te kwalificeren en kwantificeren van de internalisering cel subpopulaties, die worden gekenmerkt door specifieke markers belicht op de celmembraan. Cel parameters kunnen in aanwezigheid van s wijzigen SPECIFIEKE nanodeeltjes. Afhankelijk van het doel van het onderzoek, kunnen deze variaties worden gebruikt om een specifiek fenomeen identificeren, zoals side verstrooiing van cellen die proportioneel toeneemt met de toenemende nanodeeltjes internalisatie tarief.
Nanodeeltje-geïnduceerde modificaties van celoppervlak vertegenwoordigen ook een beperking van de techniek. Om deze reden, moet celmembraanreceptoren omzet altijd rekening gehouden worden en eventueel van tevoren bekend aan de betrokken celpopulatie nauwkeurig te karakteriseren. Extreme waardeverminderingen van membraan osmose in nanodeeltje overladen monsters kan leiden tot celdood.
Nanomateriaal dosisafhankelijke toxiciteit moet empirisch worden getest elke celpopulatie. Duidelijk omschreven dode cellen moeten uit de fluorescentie kwantificering worden uitgesloten. Zo Annexine V / PI kleuring is een van de verschillende methoden meestal gebruikt om zowel necrotische en apoptotische cellen te detecteren.
"> GFP-expressie primaire cellen zijn ook een krachtig instrument om een bepaalde cel subpopulatie selecteren en gegevens te verzamelen zonder voormerkend. De combinatie met complementaire fluorescerende nanodeeltjes maakt een zeer snelle en nauwkeurige kwantificering van cel-nanodeeltjes interactie. Drug of genafgifte wordt gedacht aan worden in de toekomst verbeterd door toepassing van nanodeeltjes kunnen een specifiek geneesmiddel lading vrij in geselecteerde weefsels.Tewerkstelling van nanodeeltjes als specifieke levering dragers en / of immuun modulatoren, Farmaceutica vereist de kennis van de biologische omgeving (dwz via flowcytometrie) naar cel-nanodeeltjes interacties te bestuderen.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia.
De auteurs willen graag Miltenyi Biotec GmbH (Bergisch Gladbach, Duitsland) erkennen voor de sponsoring van dit manuscript, Dr Paolo Petrucciani (Department of Immuno-hematologie en Transfusion Service Hospital Lotti Pontedera, Pisa, Italië) voor het verstrekken van de menselijke buffycoats en Prof Massimo Pasqualetti (Departement Biologie – Unit van Cellulaire en Developmental Biology, Universiteit van Pisa, Pisa, Italië) voor de behuizing van de muis kolonie.
HBSS | Gibco | 14170-088 | Warm in 37 °C water bath before use |
RPMI-1640 (ATCC Modified) | Gibco | A10491-01 | Warm in 37 °C water bath before use |
DMEM, High Glucose, phenol red | Gibco | 41966-029 | |
Penicillin-Streptomycin, Liquid | Gibco | 15140-122 | |
Gentamycin | Gibco | 15710-049 | |
Horse Serum (lot n° 1131917) | Gibco | 16050-122 | |
Beta-mercaptoethanol | Gibco | 21985-023 | |
Trypsin 2.5% | Gibco | 15090-046 | |
Human Pooled Serum | Invitrogen | 34005100 | |
Versene | Invitrogen | 15040-033 | |
DNAse I | Sigma Aldrich | D5025-150KU | |
CD11b-VioBlue human & mouse | Miltenyi Biotec | 130-097-336 | |
MACS BSA Stock Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | |
autoMACS Rinsing Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-222 | |
Running buffer | Miltenyi Biotec | 130-092-747 | |
autoMACS Running Buffer | Miltenyi Biotec | 130-091-221 | |
Human Pan monocyte isolation kit | Miltenyi Biotec | 130-096-537 | |
Whole Blood Column Kit | Miltenyi Biotec | 130-093-545 | |
Whole Blood CD14 MicroBeads, human | Miltenyi Biotec | 130-090-879 | |
MS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
LS Column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
MidiMACS Separator | Miltenyi Biotec | 130-042-302 | |
MiniMACS Separator | Miltenyi Biotec | 130-042-102 | |
Red Blood Cell Lysis Solution | Miltenyi Biotec | 130-094-183 | |
Pre-Separation Filters 30 µm | Miltenyi Biotec | 130-041-407 | |
MACSQuant Analyzer flow cytometer | Miltenyi Biotec | 130-092-197 | |
MACSQuant Calibration Beads | Miltenyi Biotec | 130-093-607 | |
Ficoll-Paque Premium | GE Healthcare | GEH17544202 | |
FITC-SiO2 nanoparticles (50nm, +45mV) | HiQ-Nano Company | ||
Rhodamine-SiO2 nanoparticles (50nm, +45mV) | HiQ-Nano Company | ||
12-well plate Falcon | Becton Dickinson | 353043 |