本文介绍了一种整合性实验方案,通过特异性表面标志物和共聚焦荧光显微镜,在体外流动条件下检测单核细胞亚群的迁移行为。该方案可用于研究单核细胞募集的连续步骤,也可通过其他特异性表面标志物对其他白细胞亚型进行分析。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文介绍了一种整合性实验方案,通过特异性表面标志物和共聚焦荧光显微镜,在体外流动条件下检测单核细胞亚群的迁移行为。该方案可用于研究单核细胞募集的连续步骤,也可通过其他特异性表面标志物对其他白细胞亚型进行分析。
单核细胞从血液中募集至特定外周组织,在组织损伤、肿瘤发生和自身免疫性疾病过程中的炎症反应中起着关键作用。这一过程通过单核细胞从自由流动状态被捕获到活化的内皮细胞管腔表面,随后黏附并穿越内皮层(即跨内皮迁移)进入下方受累组织而实现。然而,支持单核细胞亚群在特定条件下优先募集的机制目前尚未完全阐明。因此,我们建立了一种可在流动条件下同时可视化并定量不同单核细胞亚群募集过程的方法。该方法基于延时共聚焦成像技术,能够明确区分黏附的单核细胞与已发生跨内皮迁移的单核细胞。本文详细描述了如何利用该方法在体外同时研究促血管生成型与非血管生成型单核细胞的募集级联过程。此外,该方法还可拓展用于研究最多三种单核细胞群体募集过程中的各个步骤。
单核细胞是先天免疫系统中具有吞噬功能的重要组成部分,在抵御病原体、清除受损组织、血管生成以及多种疾病(包括癌症)的病理生理过程中发挥关键作用1,2,3。单核细胞来源于骨髓,是一类具有异质性的细胞亚群,可在血液中循环,并通过特定的分子机制被募集至外周组织的炎症部位。单核细胞的募集过程与白细胞总体类似,涉及多个连续步骤,包括捕获、滚动、爬行、停滞、跨内皮迁移(即转迁移)以及穿过血管壁(包括基底膜和壁细胞)的迁移4。这些步骤主要依赖于内皮腔面在炎症诱导下表达的分子,如选择素、糖蛋白配体、趋化因子、细胞间黏附分子和连接黏附分子,以及白细胞表面相应的受体,例如选择素配体和整合素。白细胞可通过内皮细胞间的连接处(旁细胞途径)或直接穿过内皮细胞本体(跨细胞途径)穿越内皮屏障5。尽管历史上记录单核细胞主要通过跨细胞途径进行转迁移,但随着单核细胞不再被视为均一的细胞群体,其迁移路径可能存在差异的观点也逐渐被提出。目前日益明确的是,不同单核细胞亚群的特性可通过其在渗出级联反应中的差异与共性加以定义3,6。因此,为了明确区分不同的单核细胞亚群,至关重要的是在募集过程中对各亚群的行为进行可视化观察并表型分析。
人、猪、大鼠和小鼠的单核细胞被划分为具有特定功能和特异性迁移行为的表型亚群7,8,9例如,在人类中,单核细胞可根据其表面表达的CD14(细菌脂多糖的共受体)和CD16(Fc-γ受体III)分为三个亚群。人类单核细胞亚群包括经典的CD14+CD16-,中间型 CD14+CD16+ 非经典CD14暗淡CD16+ 细胞6,9经典CD14+CD16- 单核细胞被证明主要具有炎症特性,而CD16阳性单核细胞群体则+ 单核细胞被发现普遍表达TIE2并具有促血管生成功能10一致地,使用人肿瘤坏死因子(TNF)α或白细胞介素(IL-1)β等炎性细胞因子刺激内皮细胞(传统性炎症)足以触发经典CD14的完全募集+CD16- 单核细胞。然而,需要血管内皮生长因子(VEGF)A和TNFα的共同作用(由促血管生成因子驱动的炎症)才能引发CD16阳性单核细胞的跨内皮迁移+ 促血管生成单核细胞群3历史上,传统的Transwell系统在静态条件下、平行板流动腔以及µ-slide流动腔已被用于定量分析单个白细胞群体的募集。 体外11,12,13尽管这些方案已经过验证,但能够同时分析多种单核细胞亚群的更稳健方法将更具洞察力。此类方法必须考虑多种相互作用以及各亚群不同的频率,同时提供对定义每种单核细胞亚群募集级联过程中共性与特异性的机制性理解。
本文介绍一种基于在流动条件下对单核细胞募集进行延时成像的方法,该方法结合共聚焦显微镜,可同时研究不同单核细胞亚群的迁移级联过程。该方法整合了若干关键特征,能够模拟内皮细胞炎症状态以及后微静脉中循环单核细胞的血流动力学环境——后者是体内白细胞募集的主要部位。本方法采用人脐静脉内皮细胞(HUVEC),这些细胞通过已建立的从人脐带中分离提取的标准方案获得。这一临床资源作为生物副产品易于获取,同时可从脐静脉中分离获得数量可观的内皮细胞。我们还使用荧光染料和免疫荧光技术以区分不同的细胞组分,并通过共聚焦显微镜随时间明确界定单核细胞的位置(管腔侧 vs. 管腔外侧)。本文所述方案旨在同时测定单核细胞亚群的跨内皮迁移水平。此外,需注意的是,通过采用不同的生物标志物和标记方法,该技术还可拓展用于研究其他白细胞亚群及其募集过程。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
人体材料的使用已获得志愿者捐献者的知情同意,并符合瑞士临床研究伦理委员会的规定。
1. 人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的分离与冻存
2. HUVEC 解冻
注意:实验中使用低代次的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)(最多不超过5代)。
3. 0.4 µ-Slide 培养小室中 HUVEC 的培养
4. 流动条件下内皮细胞单核细胞募集实验的染色
5. 人泛单核细胞的分离及亚群染色
6. 流体系统的准备

7. 通过共聚焦显微镜进行流动条件下单核细胞募集的延时成像
8. 使用 ImageJ 分析数据
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
确定TNFα诱导的HUVEC活化状态
炎性细胞因子TNFα的生物活性可能因批次不同以及冻融循环次数而有所变化。因此,检测TNFα处理后HUVEC的活化状态非常重要。可通过平行染色检测汇合的HUVEC样本中选择素、ICAM-1和VCAM-1的炎性诱导情况来实现15,16,17。另一种更简便的方法是观察内皮细胞在炎性刺激下发生的形态学变化,以判断HUVEC的活化状态。如图3所示,在TNFα存在条件下培养6小时后,HUVEC相较于未刺激细胞出现明显的伸长现象。当HUVEC受到TNFα与VEGFA混合刺激时,也可观察到类似的伸长变化。记录HUVEC的活化状态至关重要,因为单核细胞跨内皮迁移实验的最终结果将取决于内皮细胞活化...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文报道了一种详细研究单核细胞亚群如何穿过炎症激活的内皮单层的方法。该方法采用共聚焦显微镜,而非相衬显微镜——后者也常用于在流动条件下研究单核细胞的募集过程3,11,19。使用共聚焦显微镜进行延时成像的一个主要优势在于,能够明确区分单核细胞的跨内皮迁移与强黏附状态。尽管基于相衬显微镜的方法同样可靠,但其应用需要操作者具备一定经验,以避免将已迁移的细胞与强烈黏附的细胞混淆。在此情况下,必须建立严格的分析标准,以清晰区分单核细胞募集级联过程中的这两种状态。此外,还应通过共聚焦显微镜进行终点分析,以验证相衬显微镜所观察到的整体趋势。因此,直接采用共聚焦显微镜在流动条件下研究单核细胞募集,可对所捕获单核细胞的实际跨内皮迁移状态提供清晰明确的结果。
在流动条件下使用相差显微镜进行白细胞募集实验时,主要瓶颈之一是分析过程耗时较长,需要从捕获到穿过内皮细胞间连接发生跨内皮迁移的整个过程中追踪单个细胞。尽管此类分...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无竞争性财务利益。
感谢 Paul Bradfield 博士对文稿的审阅和反馈。A. S. 收到了来自 Sir Jules Thorn 慈善海外信托注册机构的经济支持,
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 75 cm² 组织培养瓶2 | TPP | 90076 | 分离的HUVEC常规培养 |
| µ-滑片 VI 0.4 | IBIDI | 80606 | |
| 15 mL 离心管 | TPP | 191015 | |
| 50 mL 离心管 | TPP | 191050 | |
| 胶原蛋白 G | Biochrom | L 7213 | 用于细胞培养瓶的包被 |
| 明胶 | Sigma-Aldrich | 1393 | 用于细胞培养瓶的包被 |
| 杜尔贝科’无氯化镁磷酸盐缓冲液(Phosphate Buffered Saline, PBS)2 和 CaCl2) | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| 杜尔贝科’含MgCl的磷酸盐缓冲液(PBS)2 和 CaCl2) | Sigma-Aldrich | D8662 | |
| RPMI-1640 培养基 | Sigma-Aldrich | R8758 | |
| 三通旋塞阀 | BIO-RAD | 7328103 | |
| 青霉素 10,000 μ/mL 链霉素 10,000 μg/mL 药物真菌素 25 μ/mL | AMIMED | 4-02F00-H | |
| I型胶原酶 | 沃辛顿 | LS004216 | |
| 含Earle's盐、L-谷氨酰胺、25 mM HEPES的Medium 199 1x | GIBCO | 22340020 | |
| 牛血清白蛋白第五组分 | 赛默飞世尔科技 | 15260037 | |
| 内皮细胞生长补充剂,150 mg | Millipore | 02-102 | |
| 肝素钠 | Sigma-Aldrich | H3149RT | |
| 氢化可的松 | Sigma-Aldrich | H6909 | |
| L-抗坏血酸 | Sigma-Aldrich | A 4544 | |
| EDTA 二钠盐二水合物 C10H14N2Na2O8 · 2H2O | APPLICHEM | A2937.0500 | |
| CD144(VE-钙黏蛋白),人重组克隆:REA199,FITC | Miltenyi Biotech | 130-100-713 | AB_2655150 |
| CD31-PE 抗体,人源重组克隆:REA730,PE | Miltenyi Biotech | 130-110-807 | AB_2657280 |
| 抗Podoplanin-APC,人重组单抗:REA446,APC | Miltenyi Biotech | 130-107-016 | AB_2653263 |
| BD Accuri C6 Plus | BD生物科学 | ||
| µ-滑动式鲁尔接头 | IBIDI | 80176 | |
| CMFDA(5-氯甲基荧光素二乙酸酯) | 赛默飞世尔科技 | C2925 | |
| 重组人TNFα | Peprotech | 300-01A | |
| 重组人 VEGFA | Peprotech | 100-20 | |
| NE-1000 可编程注射泵 | KF技术 | NE-1000 | |
| Ficoll Paque Plus | GE Healthcare | 17-1440-02 | |
| 抗人 CD14-PE,人重组克隆:REA599,PE | Miltenyi Biotech | 130-110-519 | AB_2655051 |
| 人全单核细胞分离试剂盒 | Miltenyi Biotech | 130-096-537 | |
| 抗人 CD16-PE,人重组克隆:REA423,PE | Miltenyi Biotech | 130-106-762 | AB_2655403 |
| LS 柱 | Miltenyi Biotech | 130-042-401 | |
| QuadroMACS 分离器 | Miltenyi Biotech | 130-090-976 | |
| Hoechst 33342三盐酸盐三水合物 | ThermoFisher | H1399 | |
| 硅胶管 | IBIDI | 10841 | |
| 肘型鲁尔接头 | IBIDI | 10802 | |
| 女性鲁尔锁接头 | IBIDI | 10823 | |
| 鲁尔锁母接头 | IBIDI | 10825 | |
| 直通式鲁尔注射端口 | IBIDI | 10820 | |
| Ar1 共聚焦显微镜 | 尼康 | ||
| 40倍物镜 | 尼康 | 40倍 0.6 数值孔径 CFI 超长工作距离平场荧光物镜 工作距离:3.6–2.8 mm 校正范围 0–2 mm | |
| ImageJ 软件 | 美国国立卫生研究院 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。