本方案为研究人员提供了一种快速、间接的方法,用于检测小鼠巨噬细胞系在响应多种聚合物表面及吸附蛋白层时,TLR依赖性的NF-кB/AP-1转录因子活性,这些表面和蛋白层可模拟生物材料植入物的微环境。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本方案为研究人员提供了一种快速、间接的方法,用于检测小鼠巨噬细胞系在响应多种聚合物表面及吸附蛋白层时,TLR依赖性的NF-кB/AP-1转录因子活性,这些表面和蛋白层可模拟生物材料植入物的微环境。
植入性生物材料引发的持续性炎症宿主反应,即异物反应,是生物医学装置和组织工程构建物在研发与应用过程中面临的重要挑战。巨噬细胞作为一种先天免疫细胞,在异物反应中起着关键作用,因为它们会在植入物部位长期存留,因此常被用于研究这种有害的宿主反应。许多生物材料研究人员已证实,植入材料表面吸附的蛋白质层会影响巨噬细胞的行为,进而影响宿主反应。本文所述方法介绍了一种体外模型,该模型利用在聚合物生物材料表面含有细胞损伤分子的吸附蛋白层,来评估巨噬细胞的反应。采用NF-кB/AP-1报告基因巨噬细胞系及相应的比色法碱性磷酸酶检测,作为快速间接检测NF-кB/AP-1转录因子活性的方法,以模拟体内生物材料表面形成的含有血液蛋白和损伤相关分子模式的复杂吸附蛋白层对巨噬细胞信号通路的影响。
异物反应(FBR)是一种慢性宿主反应,可通过持续释放炎性介质以及阻碍植入材料与周围组织之间的整合,对植入材料或装置(例如药物递送装置、生物传感器)的性能产生负面影响1。这种先天免疫反应由植入手术引发,其特征是在植入物周围长期存在先天免疫细胞及纤维囊的形成1。在材料宿主反应的背景下,巨噬细胞与材料之间的相互作用对宿主反应的进展及异物反应的发生具有重要影响1。巨噬细胞是一类多样化的先天免疫细胞群体,可从组织驻留的巨噬细胞群体或血液中的单核细胞来源巨噬细胞被募集至植入部位。它们在植入后不久即开始在植入部位聚集,并在数天内成为植入微环境中的主要细胞群体。附着于材料表面的巨噬细胞,以及通过巨噬细胞融合形成的异物巨细胞(FBGC),可在植入物表面持续存在,直至植入物的整个生命周期2,3。因此,由于巨噬细胞在协调异物反应典型阶段——急性炎症反应、组织重塑以及纤维化组织形成——中发挥关键作用,被认为是异物反应中的关键效应细胞1。
Toll样受体(TLRs)是一类模式识别受体,由包括巨噬细胞在内的多种免疫细胞表达,在炎症和伤口愈合过程中发挥重要作用。除了病原体来源的配体外,TLRs还能够结合内源性分子,即所谓的损伤相关分子模式(DAMPs),这些分子在细胞坏死过程中释放,并激活炎症信号通路,从而诱导促炎性细胞因子的产生4。我们及其他研究者提出,软组织生物材料植入过程中造成的损伤会释放DAMPs,这些DAMPs除了与血液蛋白一起吸附到生物材料表面外,还会调节后续的细胞-材料相互作用5,6。当巨噬细胞与植入物表面吸附的蛋白层相互作用时,其表面的TLRs可能识别吸附的DAMPs,进而激活促炎性信号级联反应,导致NF-κB和AP-1转录因子的活化以及促炎性细胞因子的产生。我们先前已证实,与仅吸附血清或血浆(即不含DAMPs)的表面相比,小鼠巨噬细胞在含有DAMPs的吸附蛋白层上表现出显著增强的NF-κB/AP-1活性以及肿瘤坏死因子α(TNF-α,一种促炎性细胞因子)的分泌;该反应主要由TLR2介导,而TLR4的作用较小5。
本方案中使用的NF-κB/AP-1报告基因巨噬细胞系(材料表)是一种便捷的方法,可用于检测巨噬细胞中NF-κB和AP-1的相对活性5,7,8。结合TLR通路抑制剂,该细胞系是研究TLR激活及其在多种刺激下介导炎症反应中作用的有力工具5,7,8。该报告细胞系源自一种经修饰的小鼠类巨噬细胞系,可在NF-κB和AP-1转录因子激活后稳定分泌胚胎型碱性磷酸酶(SEAP)9。随后可通过比色法碱性磷酸酶酶学检测(材料表)定量SEAP的表达水平,从而间接反映NF-κB/AP-1的活性。由于NF-κB和AP-1位于多种细胞信号通路的下游,因此可使用针对特定TLR(如TLR2)或TLR接头分子(如MyD88)的中和抗体或抑制剂,验证特定通路的作用。本文所述方法提供了一种简单、快速的手段,用于评估在模拟植入性生物材料的体外模型中,多种带有吸附蛋白层(包含血液蛋白和损伤相关分子模式分子DAMPs)的聚合物表面刺激下,TLR信号通路在小鼠巨噬细胞反应中的贡献。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
1. 培养基与试剂的配制
2. 使用聚甲基丙烯酸甲酯包被细胞培养表面
3. 使用聚二甲基硅氧烷包被细胞培养表面
4. 用氟化聚四氟乙烯包被细胞培养表面
5. 从3T3细胞制备裂解液
6. 评估吸附蛋白层和Toll样受体对巨噬细胞NF-κB活性的影响
注意:有关实验流程示意图和孔板布局,请分别参见图1A和补充图1。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
测试了聚合物涂层表面的清洁方法,以确保涂层未被破坏,否则水接触角会发生变化,接近未涂层的玻璃盖玻片(图2)。发现将PMMA涂层的载玻片浸泡在70%乙醇中1小时会导致PMMA涂层被去除(图2,左图),这可能是由于PMMA在80 wt%乙醇中具有溶解性13。因此,PMMA涂层表面仅采用30分钟紫外灭菌进行清洁。PMMA涂层的浓度此前已优化5。PDMS的清洁采用70%乙醇浸泡1小时,而未使用紫外灭菌,因为紫外光可引起PDMS的链断裂并影响其表面润湿性14。70%乙醇浸泡和紫外灭菌均未影响fPTFE涂层盖玻片的水接触角(图2,右图),因此这两种方法依次联合使用以清洁fPTFE涂层。fPTFE涂层的方法此前已由Grainger课题组描述15。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
我们实验室的一个主要研究方向是宿主对固体生物材料软组织植入物的反应,特别是植入手术过程中造成的细胞损伤如何影响宿主反应。本文所述工作描述了使用报告基因巨噬细胞系和体外制备的含损伤相关分子模式(DAMP)的细胞裂解液进行的初步实验,旨在研究细胞损伤(例如植入手术中发生的损伤)所释放的分子对巨噬细胞响应生物材料的影响。采用成纤维细胞裂解液来模拟因生物材料植入导致的细胞损伤及DAMP的释放。选择成纤维细胞制备裂解液,是因为成纤维细胞在软组织中广泛存在,并且能够分泌多种细胞外基质(ECM)蛋白,包括纤连蛋白18。采用冻融循环作为裂解方法,以同时释放细胞内和细胞外基质来源的DAMP,这与实际植入环境中的情况相似。制备裂解液时未使用蛋白酶抑制剂。尽管像冻融循环这样的非受控细胞裂解可能导致蛋白酶释放,进而降解DAMP,但这些酶在植入手术造成细胞损伤时同样可能存在于生物材料植入环境中。通过Western blot(图1B;HMGB1和HSP60)和SEAP报告基因检测(图...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
作者衷心感谢加拿大卫生研究院项目(PTJ 162251)、女王大学参议院研究咨询委员会提供的运营资金,以及加拿大创新基金会约翰·埃文斯领导基金(项目编号 34137)和安大略省研究与创新部研究基金(项目编号 34137)提供的基础设施支持。L.A.M. 获得了女王大学 R. Samuel McLaughlin 研究员奖学金、加拿大自然科学与工程研究理事会加拿大研究生奖学金硕士奖项以及安大略省研究生奖学金的支持。作者谨此感谢 Myron Szewczuk 博士慷慨赠送 NF-κB/AP-1 报告基因巨噬细胞细胞系,以及 Michael Blennerhassett 博士和 Sandra Lourenssen 博士提供凝胶成像系统和酶标仪的使用。
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 |
|---|---|---|---|
| 细胞培养试剂 | |||
| 抗小鼠/人 CD282(TLR2) | Biolegend | 121802 | |
| CLI-095(TLR4抑制剂) | Invivogen | TLRL-CLI95 | |
| C57 补体血浆 K2 EDTA 10 ml,创新级,美国来源 | InnovativeResearch | IGMSC57-K2 EDTA-Compl-10ml | 小鼠血浆 |
| 杜尔贝科改良伊格尔培养基(DMEM) | Sigma Aldrich | D6429-500ML | |
| 杜氏磷酸盐缓冲液(DPBS) | Fisher Scientific | 14190250 | 无钙,无镁 |
| 胎牛血清(FBS),研究级 | Wisent | 98150 | |
| LPS-EK | Invivogen | TLRL-EKLPS | 大肠杆菌K12脂多糖 |
| NIH/3T3 成纤维细胞 | ATCC | CRL-1658 | |
| Pam3CSK4 | Invivogen | tlrl-pms | 合成三酰基化脂肽 - TLR1/2 配体 |
| 青霉素/链霉素 | Sigma Aldrich | P4333-100ML | |
| Plasmocin | Invivogen | ANT-MPP | 支原体清除试剂 |
| RAW-Blue 细胞 | Invivogen | 原始数据-sp | NF-кBκNF-κB/AP-1 报告基因巨噬细胞系 |
| 0.4% 台盼蓝溶液 | Fisher Scientific | 15250061 | |
| TrypLE Express 酶(1X) | Fisher Scientific | 12604021 | 无动物源性重组细胞解离酶 |
| Zeocin | Invivogen | ANT-ZN-1 | |
| 试剂盒与检测方法 | |||
| 小鼠IL-6 ELISA预包被板 | Biolegend | B213022 | |
| ELISA 预包被板,小鼠 TNF-α | Biolegend | B220233 | |
| 内毒素(大肠杆菌)— 控制标准内毒素(CSE) | Cape Cope 公司合伙人 | E0005-5 | 显色内毒素检测中标准曲线用内毒素 |
| LAL 水,100 mL | Cape Cope 公司合伙人 | WP1001 | 与显色内毒素检测联用 |
| 微量BCA蛋白测定 | Fisher Scientific | PI23235 | |
| 鲎变形细胞溶解物(LAL)Pyrochrome 内毒素检测试剂盒 | Cape Cope 公司合伙人 | C1500-5 | 显色内毒素检测试剂 |
| QUANTI-Blue 碱性磷酸酶检测试剂 | Invivogen | rep-qb2 | 碱性磷酸酶检测法用于间接测量 NF-κB/AP-1 活性 |
| 聚合物涂层试剂 | |||
| 氯仿,无水 | Sigma Aldrich | 288306-1L | |
| 无水乙醇 | Commercial Alcohols | P006EAAN | Sigma:试剂级酒精,无水,676829-1L |
| 直锥形细尖镊子 | Fisher Scientific | 16-100-113 | |
| Fluorinert FC-40 溶剂 | Sigma Aldrich | F9755-100ML | 用于氟化聚四氟乙烯的氟化溶剂 |
| 细胞培养级水(无内毒素) | Fisher Scientific | SH30529LS | |
| 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) | Sigma Aldrich | 182230-25G | |
| Sylgard 184 弹性体试剂盒 | Fisher Scientific | 50822180 | |
| 聚四氟乙烯-AF(fPTFE) | Sigma Aldrich | 469610-1G | Poly[4,5-二氟-2,2-双(三氟甲基)-1,3-二氧戊烯-co-四氟乙烯] |
| 耗材 | |||
| 粘性板密封膜 | Fisher Scientific | AB-0580 | |
| Axygen 微量离心管,1.5 mL | Fisher Scientific | 14-222-155 | |
| 硼硅酸盐玻璃闪烁瓶,带白色聚丙烯瓶盖 | Fisher Scientific | 03-337-4 | |
| 透明 PS 48 孔板 | Fisher Scientific | 08-772-52 | |
| 透明 TCPS 96 孔板 | Fisher Scientific | 08-772-2C | |
| 透明 TCPS 48 孔板 | Fisher Scientific | 08-772-1C | |
| 盖玻片,圆形 | Fisher Scientific | 12-545-81 | |
| Falcon 组织培养处理的锥形瓶,T25 | Fisher Scientific | 10-126-10 | |
| sticky-Slide 8 孔板 | Ibidi | 80828 | |
| Superfrost 显微镜载玻片 | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| 组织培养处理的锥形瓶,T150 | Fisher Scientific | 08-772-48 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。