The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Dutch was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
1Department of Pediatrics/Allergy, Medical College of Wisconsin, 2Flow Cytometry Core Facility, Medical College of Wisconsin, 3Max McGee National Research Center for Juvenile Diabetes and Human Molecular Genetics Center, Medical College of Wisconsin
This article is a part of JoVE Immunology and Infection. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.
Recommend JoVE to Your LibrarianCurrent Access Through Your IP Address
Current Access Through Your Registered Email Address
Waukau, J., Woodliff, J., Glisic, S. Human In Vitro Suppression as Screening Tool for the Recognition of an Early State of Immune Imbalance. J. Vis. Exp. (53), e3071, doi:10.3791/3071 (2011).
Regulerende T-cellen (Tregs) zijn kritisch bemiddelaars van immuun tolerantie voor zelf-antigenen. Daarnaast zijn ze van cruciaal belang zijn regulatoren van de immuunrespons na een infectie. Ondanks inspanningen om unieke oppervlakte marker op Tregs te identificeren, het enige unieke eigenschap is hun vermogen om de proliferatie en de functie van effector T-cellen te onderdrukken. Hoewel het duidelijk is dat alleen in-vitro-testen kunnen worden gebruikt bij de beoordeling van de menselijke Treg functie, wordt dit probleem bij de beoordeling van de resultaten van cross-sectionele studies waarbij gezonde cellen en cellen geïsoleerd uit patiënten met auto-immuunziekten (zoals type 1 diabetes-T1D) nodig te vergelijken. Er is een grote variabiliteit tussen laboratoria in het aantal en type van de reagerende T-cellen, de aard en de sterkte van de stimulatie, Treg: responder ratio's en het aantal en type van antigeen-presenterende cellen (APC) gebruikt in de menselijke in vitro onderdrukking assays. Deze variabiliteit maakt een vergelijking tussen de studies meten van Treg functie moeilijk. De Treg veld heeft behoefte aan een gestandaardiseerde test onderdrukking die goed werkt met zowel bij gezonde vrijwilligers en mensen met auto-immuunziekten. Hebben we een in vitro assay onderdrukking dat er zeer weinig intra-assay variabiliteit in de stimulatie van T-cellen geïsoleerd uit gezonde vrijwilligers in vergelijking met proefpersonen met een onderliggende auto-immune vernietiging van de pancreas β-cellen shows. Het belangrijkste doel van dit stuk is om een te beschrijven in vitro humane onderdrukking test die vergelijking tussen de verschillende groepen onder voorbehoud maakt. Bovendien, deze test heeft de potentie om een klein verlies in nTreg functie af te bakenen en te anticiperen op verder verlies in de toekomst, waardoor het identificeren van patiënten die baat kunnen hebben bij preventieve immunomodulerende therapie 1. Hieronder geven we een grondige beschrijving van de stappen in deze procedure. We hopen een bijdrage te leveren aan de standaardisatie van de in vitro onderdrukking-test gebruikt om de Treg functie te meten. Daarnaast bieden wij u deze test als een hulpmiddel om een ​​vroege staat van het immuunsysteem onbalans en een mogelijke functionele biomarker voor T1D herkennen.
1. Voordat u een onderdrukking-test, moet men de vacht tosylactivated kralen met anti-humaan CD3 (kloon UCHT1, eindconcentratie 1μg/ml) voor de cel stimulatie en daarna controleren of de kralen efficiënt worden bekleed met het opzetten van een in vitro proliferatie assay gebruik van menselijke T-cellen
2. PBMC geïsoleerd uit vol bloed van gezonde donoren of van menselijke leukopacks of buffy coat (BC), meestal afkomstig van gezonde vrijwilligers en gratis verkrijgbaar bij de plaatselijke Bloedtransfusie Centers (figuur 1)
3. MACS pre-soort van CD4 T-cellen
4. Fluorescent Activated Cell Sorting (FACS) isolatie (figuur 2)
5. Stel celcultuur in 96-well plaat (schema bijgevoegd als Tabel 1) in 200μl/well
6. Oogsten en tellen
7. Computing percentage van de onderdrukking
8. Representatieve resultaten:
Grote variabiliteit in de gebruikte methoden en de resultaten zijn afgeleid van in vitro humane onderdrukking-test voor ons aanleiding om een uitgebreide studie van omstandigheden beïnvloeden van de test een uit te voeren. We hebben een test die niet alleen Treg functie tests, maar ook hun zuiverheid, gezien de lage verhouding tussen Tregs: Teffs (1:10), die we eerder vastgesteld 6. Daarnaast, Tregs verschillen in thMER vermogen om met succes te onderdrukken naïef en in vivo-geactiveerde T-cellen, zelfs bij gezonde personen, zoals weergegeven in figuur 3 en in onze vorige studies 2,4, die overgaat in meer op de voorgrond als immuun balans is aangetast, zoals bij patiënten in gevaar te ontwikkelen T1D . De test werkte heel goed in de studie, waar we ten opzichte van onderdrukkende functie van de natuurlijke (nTregs), induceerbare (iTregs) en in vitro uitgebreid nTregs, waardoor we hun functie vergelijken tussen gezonde controlepersonen, recent-onset (RO) T1D en langdurige (LS ) T1D onderwerpen. We concludeerden dat RO T1D onderwerpen betere capaciteit van het genereren van functionele zowel iTregs en ​​uitgebreid nTregs in vergelijking met LS T1D en gezonde controlepersonen 7 had. Zo kan deze test gebruikt worden als een uitstekend hulpmiddel in de erkenning van zowel een vroege en late toestand van het immuunsysteem onbalans.
Schema 1 Schematische voorstelling van de stappen die betrokken zijn bij in-vitro-onderdrukking-test

Figuur 1. Stappen van de in vitro assay onderdrukking gepresenteerd met foto's

Figuur 2. Poortsignalen strategie in FACS celisolatie. a) de CD25 + drempel was aangepast aan fluorochroom Minus One (FMO), b) cellen werden gated als FITC-negatief, c) FITC-negatieve cellen werden verder gated en verzameld als CD + CD25-, CD + CD25low en CD + CD25high ( Tregs) afgebeeld met percentages, d), FACS gesorteerd Tregs na sortering,) e FACS gesorteerd CD + CD25low na sortering, en f), FACS gesorteerd CD4 + CD25-T-cellen na sortering

Figuur 3. Representatieve resultaten van gezonde proefpersonen een) vertegenwoordiger resultaten van tellingen per minuut (cpm) van gezonde proefpersonen gepresenteerd als losse culturen voor alle cel subsets betrokkenen (naïef-CD25-, in vivo geactiveerde-CD25low, antigeen-presenterende cellen, APC en regulatoire T-cellen-Treg) als co-culturen van responder T-cellen (CD25-of CD25low) en Tregs. b) Percentage van de onderdrukking van elke CD25-en CD25low responder T-cellen door autologe Tregs wordt gepresenteerd voor gezonde proefpersonen (n = 4). Onderdrukking is berekend als [(sc) / s] x 100%, waarbij s = cpm in enkele cultuur-en c = cpm in co-cultuur. Hoewel klein verschil in capaciteit van Tregs aan responder T-cellen te onderdrukken werd opgemerkt, was het niet significant (gepaarde t-test p = 0,08). C) Gepresenteerd worden cpm van het risico onderwerpen voor elke afzonderlijke cultuur, waaronder CD25-en CD25low als responder T-cellen als APC en Tregs, en co-culturen waar elke responder T-cel subset is met Tregs (CD25-/Tregs en ​​CD25low/Tregs). d) Percentage van de onderdrukking van elke CD25-en CD25low responder T-cellen gezaaid door autologe Tregs wordt gepresenteerd voor het risico proefpersonen (n = 4). Het verschil in capaciteit van Tregs aan CD25-versus CD25low responder T-cellen te onderdrukken was significant (gepaarde t-test p = 0,04).
Tabel 1. Schematische opzet van in vitro onderdrukking-test
| 1-3 | 4-6 | 7-9 | 10-12 | |
| Een | CD4CD25- | CD4CD25low | media alleen | media alleen |
| B | CD4CD25-/ Tregs | CD4CD25low / Tregs | Tregs alleen | APC alleen |
| C | ||||
| D | ||||
| E | ||||
| F | ||||
| G | ||||
| H |
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Als enige unieke eigenschap om Tregs, moet onderdrukkende betrouwbaar functioneren en op uniforme wijze worden getest tussen de onderwerpen op verschillende fasen van de ziekte ontwikkeling binnen het zelfde en tussen de verschillende studies. Wij bieden u de details van de onderdrukking test ontwikkeld in ons laboratorium als onze bijdrage aan de standaardisatie van deze test. In onze uitgebreide optimalisatie studie hebben we vastgesteld dat T-cel stimulatie met anti-humaan CD3-gecoate kralen (UCHT1 kloon, de concentratie van 1μg/ml (in tegenstelling tot commercieel beschikbare 5μg/ml) in combinatie met PBMC als APC natuurlijke stimulatie kan activeren en zowel de responder T-cellen en Tregs in de onderzochte proefpersonen 1. De keuze van anti-humaan CD3 antilichaam is van groot belang, net als in onze handen alleen Ancell antilichaam gaf de verwachte resultaten. Gelijktijdige stimulatie met anti-humaan CD3 en anti- menselijke CD28 was niet voldoende om de verschillen tussen groepen onderwerp (resultaten niet getoond) te detecteren, terwijl de PBMC bood een compleet palet van co-stimulerende signalen, waardoor de kans op signaaltransductie en efficiënte stimulatie.
Dit protocol kan gebruikt worden met zowel leukopacks en de patiënt bloed. Het enige verschil is de hoeveelheid bloed die moet worden geladen op de top van de Ficoll-Paque PLUS in PBMC geïsoleerd procedure. Media gebruikt in deze test bevat 10% gepoolde humane AB serum, dat we vastbesloten om een ​​geweldige aanvulling op de test worden. Echter, voordat wordt gebruikt, het serum te worden getest op het vermogen om te PBMC activeren op zijn eigen (zaad PBMC in sixplicate en voeg compleet RPMI media met de oude serum, zonder serum en met een nieuwe serum. Na 72 uur puls de Plaat uit, incubeer 16 extra uren bij 37 ° C, oogst cellen en het verkrijgen van lezingen cpm). Verhoogde cpm van PBMC gekweekt met nieuw serum is niet goed resultaat en stelt een behoefte aan een serum met nieuwe lotnummer.
We hebben vastgesteld dat MACS sortering handmatig gedaan met een nieuwe LS kolom voor elk monster aanzienlijk beter rendement van de CD4 + T-cellen geeft in vergelijking met Automax. Daarnaast werd Treg zuiverheid vastbesloten tot> 95% zijn, zoals beoordeeld door CD25 expressie (figuur 2d), het ontbreken van in vitro proliferatie (figuur 3a), hoge onderdrukkende potentieel bij gezonde proefpersonen in een verhouding 01:10 tussen de Treg: responders ( figuur 3AB) en het hoogst Foxp3 uitdrukking onder geïsoleerde T-cel subsets (gegevens niet getoond). De contaminerende cellen worden geëlimineerd als FITC dump tijdens de FACS-sortering procedure in de volgende stap (Figuur 2b). FACS kleuring van CD4-marker is niet nodig en deze cel bevolking kan worden gezien door FSC op een perceel in combinatie met anti-humaan CD25, maar het zou kunnen worden gedaan. Tregs worden gesorteerd als top 1% van de cellen die het hoogste aantal CD25 in alle groepen onderwerp. Het toepassen van deze rigoureuze procedure om alle vakken, onafhankelijk van de status van de ziekte konden we slechts een verhouding tussen Tregs en responder T-cellen (01:10) in alle geteste onderwerp groepen te gebruiken. Daarnaast, op dezelfde voorwaarden werken zo goed dat een verschil in Treg onderdrukkende potentiële werd gezien tussen naïef en in vivo geactiveerde T-cellen die worden gebruikt als responders, die gebaseerd is op de verschillen tussen hen, kan worden verwacht 1. We hebben ook vastgesteld dat na het FACS-sortering-cellen moeten worden afgedraaid alvorens te worden opgericht in onderdrukking test.
Proliferatie werd gemeten met behulp van getritieerd thymidine. Als alternatief kan celproliferatie worden gemeten met behulp van 5-broom-2'-deoxyuridine, een pyrimidine analoog, dat is opgenomen in nieuw gesynthetiseerde DNA in plaats van thymidine. Detectie van BrdU is gebaseerd op de dissociatie van europium, een ion gebonden aan antilichamen die BrdU (anti-BrdU-EU) die in de procedure van de signaal detectie wordt losgekoppeld het vrijgeven van fluorescentie kan worden gemeten in een fluorometer 8. Volgens de fabrikant (DELFIA) deze test is vergelijkbaar met de gevoeligheid voor [3 H] thymidine. Tracking celproliferatie kunnen ook worden gedaan met behulp van, bijvoorbeeld, derivaten van tetrazoliumzout in MTT of XTT testen die beschikbaar zijn vanaf ATCC, waar de relatie tussen het aantal cellen en signaal geproduceerd moet eerst worden vastgesteld, waardoor spectrofotometrisch kwantificering van veranderingen in de snelheid van de cel proliferatie en levensvatbaarheid. Nog een ander alternatief is het gebruik van DHL levensvatbaarheid van de cellen en proliferatie assay, op basis van fluorimetrische kwantificering van levende cel nummers en levensvatbaarheid. Andere mogelijke keuze is om responder T-cellen vlek alleen met CFSE (carboxyfluoresceïne succinimidylester) en het verminderen van de vlek met iedere volgende indeling tijdens het kweken tijd te volgen. Echter, afhankelijk van de stimulatie worden gebruikt in de test, kan langere incubatietijd van meer dan 48 uur oorzaak niet te onderscheiden pieken van CFSE-positieve cellen. Zo heeft elk van de testen heeft een aantal voor-en nadelen en moet worden geoptimaliseerd om de gewenste resultaten te bereiken.
CPM's voor het testen van anti-humaan CD3-coating worden altijd uitgevoerd opgezond PBMC en ze moeten boven de 5000, maar niet boven de 15.000 om voor kralen te worden gebruikt in dit type van een test. We meestal zetten verschillende kralen / cel ratio bij het testen van elke partij van de kralen die we maken, en in de meeste gevallen hebben we de meest consistente cpm met 3 kralen / cel met 25.000 cellen / putje. We meestal herhalen coating als CPM's tijdens de batch-testen worden hieronder 3000, totdat we bij 5,000-15,000 cpm / goed. Zo is de coating proces gecontroleerd op verschillende niveaus en we beschouwen het als betrouwbaar. Daarom, wanneer CPM's van bepaalde groep van personen (zoals auto-antilichaam-positieve patiënten in gevaar te ontwikkelen T1D) consistent zijn lager in vergelijking met gezonde proefpersonen, hebben we een reden om te concluderen dat signaaltransductie proces kan worden aangetast. , Hoewel veel studies hebben gebruikt naïeve cellen als responders in onderdrukking testen tot nu toe 9-12 gepubliceerd, wat, bijvoorbeeld, hebben gebruikt of CD4 als responders in zeer verschillende testomstandigheden 13 of PBMC als responders, in de aanwezigheid van PBMC als APC en zet ze op in single-en co-cultuur met toegevoegde Tregs 14 of 15 monocyten als onderdrukkers. Hoewel CPM's worden gegenereerd in alle assay variaties en conclusies over de proliferatie zal worden gemaakt, we denken dat het hebben van zuiverder uniform cel subset als responders meer specifieke resultaten geeft en heeft potentie om meer conclusies te trekken over zowel Tregs en responders. Als onze onderdrukking test hier gepresenteerde omvat twee afzonderlijke zuivere cel subsets als responders (CD4 + CD25-en CD4 + CD25low), is het mogelijk om waardevolle informatie over het immuun homeostase te krijgen wanneer de resultaten van gezonde proefpersonen worden vergeleken met aangetast of onderwerpen op risico's voor de het ontwikkelen van een ziekte als gevolg van verstoring van het immuunsysteem homeostase (zoals T1D). Zoals blijkt uit groeiend aantal studies, in vivo geactiveerde T-cellen (CD4 + CD25low) tonen een verminderde gevoeligheid voor de onderdrukkende werking van Tregs 16-19. De exacte verklaring voor dat gedrag vereist meer onderzoek. In aanvulling hierop, hebben wij en anderen laten zien dat Tregs bij patiënten met een T1D hebben een functionele defect 2,9,10, wat ook geldt voor auto-antilichaam-positieve personen, in gevaar te ontwikkelen T1D, zoals we hebben aangegeven in Figuur 6 in onze recente verslag 1. Een van de mogelijkheden is dat alle CD4-cellen T in vakken getroffen en in gevaar te ontwikkelen T1D hebben een gemeenschappelijke defect in signaaltransductie voorkomen dat ze adequaat reageren op stimulatie en die hun effector functie. Als gevolg van gecompromitteerde signaaltransductie, zou responder T-cellen worden door een lagere cpm (zie figuur 3c) en Tregs zou niet efficiënt te onderdrukken. Deze of andere mogelijkheden moeten nog worden onderzocht. Vanwege de grote rol Tregs spelen in de gezondheid en ziekte, hebben veel laboratoria gemeten Treg functie het aanpassen van de test aan hun behoeften en mogelijkheden. Zo kunnen vele factoren in de test variëren (responder / Treg isolatie, type en het aantal responders, de aard en de sterkte van de stimulatie, het type en aantal van de APC, verhouding tussen responder / Tregs, tijd in de cultuur, maar ook als methode van monitoring proliferatie ), waardoor de Treg functie. Dit werk heeft dus een doel om het proces van standaardisatie van de test waarmee gemakkelijker en directe vergelijking van verschillende studies het beoordelen van de Treg functie te starten.
Wordt aangenomen, zullen dit protocol maken voor de vergelijking van Treg functie tussen verschillende laboratoria voor personen besmet zijn met T1D en andere auto-immuunziekten. Dit protocol is een brede toepassing en kan worden gebruikt voor een evaluatie van de Treg functie van elk onderwerp, ongeacht van de ziekte, hoewel de prognostische waarde heeft enkel betrekking op ziekten die gevolg is van verstoring van het immuunsysteem homeostase.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Geen belangenconflicten verklaard.
Dit onderzoek werd ondersteund door Max McGee National Research Center for Juvenile Diabetesat Medical College of Wisconsin en Children's Research Institute of Wisconsin. De financiers hadden geen rol in de opzet van de studie, gegevensverzameling en-analyse, of de voorbereiding van het manuscript.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Ficoll-Paque PLUS | Amersham | 17-1440-03 | |
| DPBS-1X | GIBCO, by Life Technologies | 14190-144 | |
| Trypan Blue | Invitrogen | 15250-061 | |
| anti-CD4 microbeads | Miltenyi Biotec | 130-045-101 | |
| Pre-separation filters | Miltenyi Biotec | 130-041-407 | |
| LS column | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| EDTA | Invitrogen | 15575-020 | |
| BSA | Sigma-Aldrich | B4287 | |
| Anti-human CD4-APCCy7 (clone RPA-T4) | BD Biosciences | 557852 | |
| Anti-human CD25-PE (clone M-A251; IL-2RÃŽ±) | BD Biosciences | 555432 | |
| Anti-human CD8-FITC (clone RPA-T8) | BD Biosciences | 555366 | |
| Anti-human CD14-FITC (clone M5E2; LPS receptor) | BD Biosciences | 555397 | |
| Anti-human CD32-FITC (clone FLI8.26; FcγR-type II) | BD Biosciences | 555448 | |
| Anti-human CD116-FITC (clone M5D12; GM-CSFRÃŽ± chain) | BD Biosciences | 554532 | |
| Dynalbeads M-450 tosylactivated | Invitrogen | 140-13 | |
| Anti-human CD3 | Ancell | 144-024 | |
| Buffer1 | Home made | 0.1M Na2B4O7 pH7.6 | |
| Buffer2 | Home made | PBS/2mM EDTA/ 0.1% BSA pH7.4 | |
| Buffer3 | Home made | 0.2M Tris/0.1% BSA pH8.5 | |
| Complete RPMI media | Home made | RPMI 1640 media 2 mM L-glutamine 5 mM HEPES 100 U/μg/ml peni/strept 0.5 mM sodium pyruvate | |
| [3H] thymidine | PerkinElmer, Inc. | NET027Z005MC | |
| human pooled AB serum | Atlanta Biologicals | S40110 | |
| Multiscreen harvest plate | EMD Millipore | MAHFC1H60 | |
| Microscint 20 | PerkinElmer, Inc. | 6013621 |