在此,我们介绍一种用于表征巨核细胞分化的免疫表型分析策略,并展示该策略如何利用荧光激活细胞分选仪对处于不同发育阶段的巨核细胞进行分选。该方法可应用于人类原代组织,也可用于体外培养生成的巨核细胞 体外.
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在此,我们介绍一种用于表征巨核细胞分化的免疫表型分析策略,并展示该策略如何利用荧光激活细胞分选仪对处于不同发育阶段的巨核细胞进行分选。该方法可应用于人类原代组织,也可用于体外培养生成的巨核细胞 体外.
巨核细胞(MK)分化包含多个内有丝分裂周期,最终形成高度多倍体(甚至可达 >64N)且体积极大的细胞(40–60 µm)。尽管在细胞生物学和分子水平上对巨核细胞生成的研究进展迅速,但通过流式细胞术对巨核细胞生成过程的表征仍局限于利用谱系特异性表面标志物鉴定成熟巨核细胞,而对早期巨核细胞分化阶段的研究仍属空白。本文介绍一种免疫表型分析策略,可在人原代样本中识别出伴随倍性逐步增加的连续巨核细胞分化阶段 体外 利用包含巨核细胞特异性与非特异性表面标志物的抗体组合对细胞进行表型分析。尽管巨核细胞体积较大且较为脆弱,仍可使用上述抗体组合,并在特定压力和喷嘴直径条件下通过荧光激活细胞分选技术对其进行富集。该方法有助于开展多组学研究,旨在更深入地理解人类巨核细胞生成及血小板产生的复杂过程。对巨核细胞生成过程的更精确表征,可能在谱系相关性疾病及恶性肿瘤的诊断或预后评估中发挥重要作用。
巨核细胞(MK)由造血干细胞(HSC)经过一个称为巨核细胞生成(megakaryopoiesis)的复杂过程发育而来,该过程主要由激素血小板生成素(TPO)调控。传统的巨核细胞生成观点描述了细胞从HSC出发,依次经历一系列层级分明的定向前体细胞和祖细胞阶段,最终形成成熟的MK。在成熟过程中,MK经历多轮内有丝分裂,形成复杂的细胞内分界膜系统(DMS),从而为血小板生成提供足够的膜表面积,并高效地合成和储存成熟血小板所继承的各种颗粒中包含的大量因子1,2,3。因此,成熟的MK是体积较大的细胞(40–60 µm),其特征为高度多倍体的细胞核(甚至可达>64N)。近期研究表明,在特定生理-病理条件下,HSC可绕过传统的谱系定commitment检查点,通过其他途径分化为MK4,5,6,7,8,9,10,11。这些发现表明,向成熟MK的造血分化是一个连续且具有适应性的过程,能够响应生物体的实际需求。
随着对巨核细胞生成过程中细胞生物学和分子特征的认识不断深入12,大多数致力于通过流式细胞术研究该过程的研究仅限于使用谱系特异性表面标志物来鉴定成熟的巨核细胞(MKs)即, CD42A/B、CD41/CD61),而早期的巨核细胞分化阶段仍缺乏研究。我们此前报道了一种对小鼠骨髓及骨髓来源的巨核细胞培养中巨核细胞生成过程进行分期的策略13,14,我们已将其改进并应用于人类15本文展示了一种免疫表型分析策略,可实现对人原代来源(骨髓-BM-和外周血-PB-)中从造血干细胞(HSCs)到成熟巨核细胞(MKs)的巨核细胞生成过程的表征,或 体外 利用包含巨核细胞特异性及非特异性表面标志物(如CD61、CD42B、CD49B、CD31、KIT和CD71等)的抗体组合对细胞进行表型分析。尽管巨核细胞体积较大且较为脆弱,仍可在特定压力和喷嘴直径条件下,通过上述细胞表面标志物结合荧光激活细胞分选技术对其进行免疫表型鉴定和富集,以最大限度减少细胞破裂或损伤。该技术有助于开展多组学研究,旨在更深入地理解人类健康与疾病状态下巨核细胞生成及血小板产生的复杂机制。值得注意的是,该方法有望成为临床实践中应对日益增长需求的有力工具,辅助相关疾病的诊断与预后评估。
在本文中,我们记录了一种利用来自原始来源或自行构建的、整合了巨核细胞特异性与非特异性表面标志物的抗体组合对人类巨核细胞生成过程进行分期的策略 体外此外,我们提供了一种使用荧光激活细胞分选仪对优选组分和成熟巨核细胞进行分选的方案图1)。此步骤并不常用,因为巨核细胞(MKs)体积较大且脆弱,技术上存在较大难度。然而,该方法此前已在小鼠和人骨髓样本中成功应用,且随着技术进步,每次实验结果均有所改善。16,17,18人类原代样本中可用于研究巨核细胞(MK)或巨核前体细胞的来源包括骨髓、脐带血和外周血等。针对每种样本,正确处理以分离出用于分析的相关细胞组分至关重要。本文纳入了标准操作流程,并在研究巨核细胞生成过程时提出了一些需特别注意的事项。
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全血和骨髓样本的采集与处理均遵循1964年《赫尔辛基宣言》。全血样本来自健康供者,在签署知情同意书(ISPA)后采集,该研究已获本院医学伦理委员会(阿斯图里亚斯中央大学医院 -HUCA-)批准。骨髓样本来自圣卡洛斯临床医院(HCSC)血液科患者骨髓穿刺剩余的废弃材料。

图1:本论文所记录方案的示意图。 图中指出了可用于通过免疫表型分析对巨核细胞(MK)分化进行分期的主要人源样本或原代培养物。该免疫表型分析策略可应用于研究不同谱系相关病理状态或恶性疾病中巨核细胞的分化过程。此外,该方法还可利用荧光激活细胞分选仪对巨核细胞及其前体细胞进行分选,从而实现对富集细胞组分的进一步分析。所使用的图片来源于Servier公司提供的Servier医学艺术图库(SMART),遵循CC BY 3.0许可协议。请点击此处查看此图的放大版本。
1. 免疫表型分析前的全血和骨髓处理
2. 从外周血单个核细胞体外分化巨核细胞
注:MKs 可以分化为 体外 来自早期前体细胞,例如 CD34+ 细胞,存在于不同的初级来源中(即, WB/PBMCs、脐带血、骨髓)以及iPSCs。已有多种不同方案用于实现这一目的。在此,我们采用由我们开发的一种培养方法,可实现PBMCs向巨核细胞的分化,且无需富集CD34细胞+ 前体15,19,20,21,22.

图2PBMC来源的巨核细胞培养方法示意图。 健康供者的外周血单个核细胞(PBMCs)按照我们开发的三阶段方案进行培养以生成巨核细胞(MK) 体外 (示意图改编自 Salunkhe 等人)15 培养第10天和第13天拍摄的图像如图所示。图像使用20倍物镜拍摄。 请点击此处以查看此图的放大版本。
3. 血小板分化免疫表型分析——与一组标记抗体孵育
表1:巨核细胞谱系细胞表面标志物的说明 请点击此处下载该表格。
表2:抗体组合 请点击此处下载该表格。
4. 结合六色面板的倍性分析
5. MK 分化分析
注意:我们发现,CD31/CD71 的联合使用可用于设定多个门,对应于巨核细胞(MK)分化过程的不同阶段。进一步结合巨核细胞特异性标志物进行反向设门,可区分成熟与未成熟的巨核细胞。此外,在新鲜样本中,通过反向设门验证其他所用标志物的存在,或将细胞群定位在前向散射/侧向散射 轴上,可进一步精确评估巨核细胞分化的各个阶段,并排除可能存在于相同门控群体中的其他细胞类型。
6. MK 及 MK 前体细胞分选
注意:使用配备 488 nm 和 633 nm 标准固态激光器的荧光激活细胞分选仪 FACS Aria IIu 及 FACSDiva 软件对染色细胞进行分析和分选;数据进一步使用 FlowJo 软件和 Cytobank(viSNE 分析)进行分析和展示。通过流式细胞术对每一份分选组分进行分析,以确认其纯度(纯度高于 85%)。

图3:荧光激活细胞分选(FACS)原理的示意图。 颗粒通过130 µm的喷嘴,并因对喷嘴施加振动而被迫断裂成规则液滴流。随后,液滴经过激光照射(分析点),信号被处理以作出“分选决策”,即对特定液滴施加电荷。当带电液滴通过高压静电场(检测板)时,其路径发生偏转,并被收集到相应的收集管中。 请点击此处查看该图的放大版本。
7. 分选后样品制备
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骨髓与倍性
在 图4中,我们展示了来自患者骨髓样本(穿刺抽吸物)中巨核细胞生成过程的代表性免疫表型分析。当以CD71和CD31为参数绘制细胞群比例时,我们设定了六个主要细胞群:CD31- CD71-(红色)、CD31- CD71+(蓝色)、CD31+ CD71-(橙色)、CD31+ CD71mid(浅绿色)、CD31+ CD71+(深绿色)以及CD31++ CD71mid(奶油色)。这些细胞群的位置并非始终一致(在流式细胞仪设置恒定的前提下),如图所示,这一点应予以考虑。这种差异可能与疾病的病理状态及骨髓整体状况本身有关。将上述六个细胞群反向设门,并叠加显示在针对 panel 中包含的成熟标志物(CD42A/CD42B)以及前向散射光(Fo...
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迄今为止,大多数通过流式细胞术研究巨核细胞生成的研究仅局限于使用谱系特异性表面标志物来鉴定巨核细胞亚群即,CD42A/CD42B,CD41/CD61),而对更早期的巨核细胞分化阶段的研究则较为有限。本文展示了一种免疫表型分析策略,可用于对人类巨核细胞生成过程进行系统的流式细胞术表征。总体而言,我们希望强调在同一套流式细胞术抗体组合中联合使用巨核细胞特异性与非特异性表面标志物(表1和表2)的重要性,以更细致地研究巨核细胞生成过程。我们的新方法可作为辅助血液系统疾病诊断和/或预后的有力工具。我们认为,本文所提出的抗体组合及搭配方案并非最终定论。我们在人类原代样本(主要为骨髓样本)中观察到表面标志物具有高度动态的变化特征,且该特征还依赖于潜在的病理状态。未来仍需开展更多研究,我们期望科学界能逐步应用此方法,并结合针对单一疾病的研究所提供的反馈,进一步探讨巨核细胞生成分期在疾病诊断或预后判断中的价值。正如引言部分所述,考虑到巨核细胞分化的多种路径,在原代组织中同时开展造血干细胞(HSC)与巨核细胞的联合表征具有重要意义,值得进一步深入探索。值得注意的是,我们还能够在外周血单个核细胞(PBMCs)中检测到巨核细胞,这一发现颇具意...
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音视频材料的制作得到了 BD Biosciences 的支持。
感谢Marcos Pérez Basterrechea、Lorena Rodríguez Lorenzo和Begoña García Méndez(HUCA)以及Paloma Cerezo、Almudena Payero和María de la Poveda-Colomo(HCSC)提供的技术支持。本研究部分得到了Roche公司医学资助项目(Roche SP200221001)对A.B.的支持,西班牙经济与竞争力部授予L.G.的RYC青年研究员基金(RYC-2013-12587)和I+D 2017项目基金(SAF2017-85489-P;西班牙科学、创新与大学部及FEDER基金),西班牙阿斯图里亚斯自治区科学、创新与大学理事会授予P.M.-B.的Severo Ochoa基金(PA-20-PF-BP19-014),以及阿斯图里亚斯生物医学研究与创新基金会(FINBA,西班牙奥维耶多)2018年内设博士后基金对A.A.-H.的支持。我们感谢Reinier van der Linden分享其专业知识(和时间),特别是他在多色标记抗体组合方案设计及单色微球对照制备方面提供的宝贵建议。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 130 微米喷嘴 | BD | 643943 | MK 分选所需 |
| 5810R 离心机 | Eppendorf | 细胞分离与洗涤 | |
| A-4-62 摆桶转子 | Eppendorf | 细胞分离与洗涤 | |
| Aerospray Pro 血液学载片染色仪 / 细胞离心涂片机 | ELITech Group | 自动化细胞学设备,载片使用 Mat-Grünwald Giemsa 染色 | |
| CO2 培养箱 Galaxy 170 S | Eppendorf | 细胞培养 | |
| Cytospin 4 细胞离心涂片机 | Thermo Scientific | 用于制备细胞涂片 | |
| FACSAria IIu 分选仪 | BD | 激光波长:488 nm 和 633 nm | |
| FACSCanto II 流式细胞仪 | BD | 激光波长:488 nm、633 nm 和 405 nm | |
| Olympus 显微镜 BX 41 | Olympus | 显微摄影 | |
| Olympus 显微镜 BX 61 | Olympus | 显微摄影 | |
| Zoe 荧光细胞成像仪 | BioRad | 显微摄影 | |
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| Lymphoprep | Stem Cell Technologies | #07801 | 或类似产品 |
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| 重组人促红细胞生成素(EPO) | R&D Systems | 287-TC-500 | 或类似产品 |
| 重组人干细胞因子(SCF) | Thermo Fisher Scientific, Gibco™ | PHC2115 | 或类似产品 |
| 重组人血小板生成素(TPO) | Thermo Fisher Scientific, Gibco™ | PHC9514 | 或 TPO 受体激动剂 |
| StemSpan SFEM | Stem Cell Technologies | #09650 | |
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| CD31 AF-647 | BD | 561654 | 小鼠抗人 |
| CD31 FITC | Immunostep | 31F-100T | |
| CD34 FITC | BD | 555821 | 小鼠抗人 |
| CD41 PE | BD | 555467 | 小鼠抗人 |
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| CD42B PerCP | Biolegend | 303910 | 小鼠抗人 |
| CD49B PE | BD | 555669 | 小鼠抗人 |
| CD61 FITC | BD | 555753 | 小鼠抗人 |
| CD71 APC-Cy7 | Biolegend | 334109 | 小鼠抗人 |
| Hoechst 33342 | Thermo Fisher Scientific | H3570 | |
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| KIT PE-Cy7 | Biolegend | 313212 | 小鼠抗人 |
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| 注:我们未列出通用试剂/化学品(如 PBS、EDTA 等)、一次性耗材(如离心管等)或已在先前发表的标准方案中指定的试剂 ——除非另有说明。 |
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