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Research Article
María Celeste Nicolao1,2, Maia Chop2,3, Christian Rodriguez Rodrigues2,3, Andrea C. Cumino1,2
1IIPROSAM, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,Universidad Nacional de Mar del Plata (UNMdP), 2Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), 3IQUIBIM, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales,Universidad Nacional de Mar del Plata (UNMdP)
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
在这里, 我们描述了体外 培养条件、分离和细 粒棘球蚴细胞外囊泡 (EV) 的增加产生。通过动态光散射和透射电子显微镜对小型 EV 进行表征。使用共聚焦显微镜和流式细胞术研究骨髓来源的树突状细胞的摄取及其表型调节。
绦虫分泌细胞外囊泡对于实现寄生虫之间以及与宿主组织的细胞通讯至关重要。特别是,小的细胞外囊泡 (sEV) 充当转移天然抗原的纳米载体,这些抗原在宿主免疫调节和寄生虫存活中至关重要。本文提出了一种从 细粒棘球蚴 幼虫期培养物中分离 sEVs 的分步方案,并分析了它们被从小鼠骨髓获得的树突状细胞的摄取,这些细胞在 体外 培养一周后的成熟过程中获得粘附和抗原呈递能力。本文提供了使用超速离心法生成、纯化和定量 sEV 以及动态光散射和透射电子显微镜的平行分析的全面信息。此外,还概述了用于分离和培养小鼠骨髓细胞并使用 Flt3L 驱动其分化为树突状细胞的详细实验方案。这些树突状细胞可以将抗原呈递给幼稚 T 细胞,从而调节 体内免疫反应的类型。因此,提出了替代方案,包括共聚焦显微镜和流式细胞术分析,以检查先前暴露于寄生 sEVs 的树突状细胞的获得性成熟表型。最后,值得注意的是,所描述的方案可以作为一个整体或单个部分应用于进行寄生虫 体外 培养,分离细胞外囊泡,产生骨髓衍生的树突状细胞培养物,并用这些细胞进行摄取测定。
细粒棘球蚴 是一种人畜共患的寄生蠕虫,可导致称为囊型棘球蚴病1 型的长期感染。在中间宿主,如牲畜和人类,寄生虫感染主要影响肝脏和肺,幼虫阶段发展为充满液体的囊肿或含有原头骨(幼虫本身)的多头球蚴。像所有绦虫一样,这种寄生虫缺乏消化系统和排泄系统,因此已经进化出活跃的内吞和外吞细胞过程,以调节代谢物的摄取和排泄以及细胞外囊泡的释放2,3。细胞外囊泡 (EV) 是显然由所有细胞类型分泌的脂质双层封闭颗粒。特别是,小细胞外囊泡 (sEV),定义为小于 200 nm 的 EV,无论其生物发生起源如何4,都可以充当细胞间免疫介质。这种功能在寄生虫中尤为重要,寄生虫依靠宿主免疫调节来确保其生存3。免疫作是通过宿主树突状细胞摄取 sEV 来实现的,宿主树突状细胞是唯一能够在 体内 激活幼稚 T 细胞并启动适应性免疫反应的细胞,这将导致这些寄生虫的慢性感染。树突状细胞是先天免疫系统的专业抗原呈递细胞,将抗原肽加工并加载到主要组织相容性复合物 I 类和 II 类(MHC I 和 MHC II)上,并将它们展示在它们的膜上,用于排他性初始 T 细胞启动(分别为 CD8+ 和 CD4+ T 细胞)5。树突状细胞通过诱导共刺激标志物 CD80/CD86 和 CD40 以及 MHC-II 的表达来诱导其成熟,并在识别外来抗原时从外周组织迁移到次级淋巴器官,加载它们以进行独家初始 T 细胞启动6。因此,该协议的总体目标是以现实的方式研究蠕虫寄生虫-宿主通信,分析以 sEV 形式寄生虫成分的包装和递送,这些寄生虫成分在到达宿主免疫细胞后,会影响感染的发展和慢性寄生虫病的进展。
通过研究 sEVs 来解决蠕虫-宿主界面的分析有几个优点。首先,被皮是扁虫的外层覆盖物,是一种双膜结构,构成了寄生虫与其宿主之间的主要交叉点,使 sEV 很容易从该结构中产生或渗透7。其次,sEV 高度加载了来自寄生虫生命周期各个阶段的蛋白质抗原,代表了宿主免疫系统在蠕虫感染期间对抗原进行采样的自然方式 8,9。由于其生物生产、易于纯化(无需组织破坏或蛋白质分离)以及与宿主细胞的直接相互作用,蠕虫 sEV 能够开发体外实验以模拟寄生虫-宿主相互作用的体内条件。最后,sEV 代表了具有可被宿主细胞吞噬或内化的寄生结构的可能性,克服了对整个寄生虫进行吞噬或内化的不可能性,尤其是在包囊蠕虫的情况下。
考虑到上述优势以及蠕虫病是普遍且典型的慢性疾病的事实,其中寄生虫可能纵宿主免疫系统作为生存策略,寄生虫衍生的 EV 的分离及其与树突状细胞相互作用的研究为探索这种免疫调节提供了一个有价值的框架10。从这个意义上说,已经描述过蠕虫(包括线虫和扁形蠕虫,如曼氏血吸虫、肝片吸虫、马来布鲁亚和细粒棘球菌)的 EV 的内化诱导树突状细胞的成熟和激活 9,11,12,13,14,15。
蠕虫衍生的 EV 的分离不仅能够研究免疫相互作用,可能导致针对过敏或自身免疫性疾病的保护性疫苗或免疫治疗剂的开发,而且还有助于探索其他生物相互作用和功能 8,16,17.在这种情况下,在寄生虫感染的自然史中发挥作用的 EV 可用于研究寄生虫的发育和与特定宿主细胞的相互作用。此外,它们可能作为早期或差异生物标志物用于诊断寄生虫病、监测治疗反应以及有助于控制和管理寄生虫感染17,18。
此外,如前所述,细粒棘球菌的幼虫阶段易受胞质钙浓度变化的影响,这除了在寄生虫活力中发挥作用外,还控制胞吐作用率19,20。在这种情况下,并且知道细胞内钙升高会增强 EV 释放,使用细胞内钙增强剂作为洛哌丁胺可能是增加 EV 数量的关键策略。这种方法对于需要大量人口产生足够数量的 EV 用于货物和功能分析的细胞系统特别有趣 11,21,22。目前的方案(图 1)详细说明了获得细粒 E. 细粒球菌幼虫阶段纯培养物的方法以及提高 sEV 生产的条件。它还描述了分离和表征这些囊泡的工作流程,以及它们被小鼠树突状细胞摄取,这是宿主免疫系统调节初步研究中的重要步骤。
所有涉及动物的程序均由马德普拉塔精确与自然科学学院动物实验委员会评估和批准(许可证编号:RD544-2020;RD624-625-2021 年;RD80-2022 年)。在该方案中,根据 NIH 发布的“实验动物护理和使用指南”以及国家卫生服务和食品质量 (SENASA) 的指南,对小鼠实施安乐死。
1. 棘球蚴 幼虫阶段培养
注:所有程序均在无菌条件下进行。
2. 细胞外囊泡纯化
3. 分离囊泡的表征
4. 骨髓来源的树突状细胞生成
注意:该程序应使用年轻小鼠进行,其特征是具有活性增殖和分化能力的强大造血系统。相比之下,老年小鼠表现出造血功能下降、干细胞储备减少、生态位相互作用改变以及更发达的记忆库,这对于长期免疫和对病原体或与年龄相关的变化(如免疫衰老)的反应至关重要。
5. 骨髓来源的树突状细胞与细粒棘球菌细胞外囊泡之间的相互作用
图 1 显示了一个流程图,总结了维持细粒棘球蚴幼虫阶段纯培养物、sEV 的分离和表征以及它们被小鼠树突状细胞摄取的主要步骤。为了实现细粒棘球蚴原头节和多头球蚴的高 sEV 产量,采用了先前在实验室开发的体外培养方法,以最大限度地提高所研究寄生虫的存活和代谢稳态(图 2)。

图 1:获得 细粒棘球菌 sEV 和 BMDC 的实验程序概述。 示意图描述了本协议中从获取和培养寄生虫材料 (STEP 1)、分离 (STEP 2) 和表征寄生虫 EV (STEP 3) 到 BMDC 的产生 (STEP 4) 及其与 细粒棘球菌 sEVs 的相互作用 (STEP 5)。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 2:获取细粒棘球绦虫原头球菌和后棘球蚴的样本和体外培养。(A) 穿刺牛肺包虫囊肿以提取包虫液。(B) 打开的包虫囊肿,其膜暴露在外。(C) 包虫膜及其透明液,带有育雏囊和游离原头节,称为“包虫沙”。插图:育雏囊,里面有原脊节,形态完好。(D) 去除死亡原头骨后重要原头骨的光学显微镜检查。棒 200 μm。插图:原头骨的亚甲蓝染色显示活的原头骨(半透明)和死亡的原头骨(染色为蓝色,用红色箭头表示)。(E) 将原头节接种到 CF-1 小鼠的腹膜腔中。(F) 接种原头骨 7 个月后,腹腔内的多棘蚴发育。(G) 从小鼠中分离并用 PBS 洗涤到培养皿中的囊肿。(H,I)使用 M199 培养基在 Leighton 管中对中棘球蚴和原头骨进行体外维持。(J,K)细粒棘球蚴的后棘球蚴和原头节的光学显微镜检查。条形表示 50 μm。请单击此处查看此图的较大版本。
从 E. granulosus 幼虫阶段纯化的 EV 的特征如图 3 所示。按照当前方案分离的 EV 主要是直径范围为 50 至 200 nm 的 sEV,由 DLS(图 3A)确定并由 MET(图 3B)确认。TEM 分析还显示,sEVs 表现出外泌体样囊泡的典型杯状形态(图 3B)。此外,TEM 证实,亚致死浓度的洛哌丁胺可以作为 EV 释放增强剂,与对照相比,洛哌丁胺处理样品中 sEV 的比例增加。同样,蛋白质浓度测量进一步支持了从洛双丁胺处理的寄生虫中获得的更高丰度的 sEV(11 ± 1.5 μg/μL 与对照组的 6 ± 1 μg/μL 相比, 图 3C)。

图 3:从 E. granulosus 幼虫阶段纯化的细胞外囊泡的表征。 (A) 动态光散射 (DLS) 图描述了来自对照 (Co) 和洛哌丁胺 (Lp) 处理的原头节 (PTS) 的分离 EV 的大小分布。(B) 从对照 (a) 或洛哌丁胺处理的 PTS (d) 中纯化的负染色 EV 的透射电子显微镜 (TEM) 照片。比例尺表示 50 nm。箭头状表示丰富的外泌体样囊泡,具有典型的杯状结构。(b-c) 和 (e-f) 分别对应于 (a) 和 (d) 中框区的扩增。 (C) 来自 7 种独立分析的超速离心沉淀的蛋白质浓度。数据以 SD ±平均值表示。星号表示显著差异 (Kruskal-Wallis 与 Dunn 后测,p < 0.05)。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 4 通过观察骨髓细胞从初始培养建立到完全分化的数量和形态变化,说明了 BMDC 生成的过程。第 0 天,造血细胞在补充有 300 ng/mL Flt3L 的完全培养基中以 1×10 6 个细胞/mL 的密度生长,Flt3L 是一种细胞因子和生长因子,可激活造血祖细胞增殖并分化为树突状细胞形态。在第 1-2 天,细胞仍然很小且形状呈圆形,没有明显的形态变化,尽管它们的数量有所增加。在第 3-5 天之间,发生了活跃的细胞骨架重塑,导致异质、细长的形状,细胞质延伸(树突)增加。此时,培养物包含具有明显细胞质延伸的贴壁细胞、树突状细胞分化过程中发生形态变化的非贴壁细胞,以及对细胞因子诱导仍然无反应的球形非贴壁细胞(图 4)。第 6-7 天后,80%-90% 的培养物主要由稳态和完全分化的 BMDC 组成。这些细胞呈星状,具有广泛的细胞质过程,针对抗原捕获和呈递进行了优化。第 7 天,收获 BMDC 以分析其表型并进行功能测定。

图 4:使用常规倒置光学显微镜监测 FTL3L 骨髓来源的树突状细胞分化。 (A) 从补充有 flt3L 的完全培养基和细胞培养物中纯化造血前体的示意图 B- 在不同时间点获得的骨髓细胞培养物图像。插图是每个图像中方框区域的放大区域。(B) 第 0 天:最近从骨髓中纯化的造血细胞的图像。据观察,尽管群体是异质的,但大多数是具有圆形形态和小尺寸的细胞。第 1-5 天:培养图像显示由于 FLT3 信号通路激活诱导的活性增殖而导致的细胞数量增加和形态变化。细胞形态从圆形转变为细长,细胞质延伸(树突)逐渐增加。当细胞粘附在培养板的孔上时,这些变化最为明显。第 6-7 天:图像显示稳态下完全分化的 BMDC,其特征是形状不规则,细胞核突出,有许多细小的分支突起,细胞质是高度颗粒状的,囊泡参与抗原呈递和免疫反应。条形代表 10 μm。 请单击此处查看此图的较大版本。
由于树突状细胞是诱导免疫反应激活和定向的重要介质,因此对这些细胞进行功能分析以揭示 sEV 在宿主-寄生虫相互作用中的潜在作用至关重要。此处介绍的方案证实,BMDC 在 37 °C 下孵育 1 小时后捕获寄生虫 sEV。有趣的是,sEVs 似乎位于内体-溶酶体区室中,预先形成的 MHCII 分子在观察到它们共定位时储存在那里(图 5)。
此外,不含 EV 的染料刺激的 BMDC 作为阴性对照被纳入,以验证标记特异性。仅观察到非特异性细胞外荧光和 3%-4% 的具有弥漫染料信号的细胞,而暴露于染色 sEV 的阳性标记细胞中超过 40%。

图 5:BMDC 的 免疫荧光共聚焦显微镜 显示标记的 sEV 的有效摄取和将 MHC II 类募集到内体。 (A) 第 5.3 项中描述的方案的示意图,显示了 BMDC 中 PKH26 标记的 sEVs 刺激。(B) 共聚焦图像显示 PKH26 刺激的 BMDC 的阴性对照,不存在 sEV(红色,PKH26)和(蓝色 DAPI)。在没有 sEVs 的情况下,没有观察到来自细胞内染料的荧光信号。(C) 共聚焦图像的单独通道显示用染色的 sEV 刺激的 BMDC:微分干涉对比显微镜 (DIC)、DAPI(蓝色,细胞核)、PKH26(红色,sEV)和 FITC(绿色,MHC II 类)。比例尺代表 10 μm。 请单击此处查看此图的较大版本。
作者声明他们没有利益冲突。
在这里, 我们描述了体外 培养条件、分离和细 粒棘球蚴细胞外囊泡 (EV) 的增加产生。通过动态光散射和透射电子显微镜对小型 EV 进行表征。使用共聚焦显微镜和流式细胞术研究骨髓来源的树突状细胞的摄取及其表型调节。
作者感谢 Lic.Cecilia Gutiérrez Ayesta (Servicio de Microscopía Electrónica, CONICET, Bahía Blanca, Argentina) 和 Lic.Leonardo Sechi 和 Lic.Eliana Maza(INIFTA,阿根廷拉普拉塔国立大学)分别在透射电子显微镜和动态光散射方面提供技术援助。我们也感谢 Dra。Graciela Salerno, Dra.Corina Berón 和 Gonzalo Caló 博士在阿根廷 INBIOTEC-CONICET-FIBA 上使用超速离心机。作者对 Lic.Kelly (SENASA, Mar del Plata, Argentina) 和 Lic.H. Núnez García(阿根廷马德普拉塔国立大学 CONICET)在小鼠福利评估方面的合作,以及 J. Reyno 医学博士、S. Gonzalez 医学博士和 L. Netti 医学博士为获得寄生虫材料做出的贡献。这项工作,包括实验、试剂和设备的费用,得到了 ANPCyT 资助的 PICT 2020 No. 1651 的支持。
| 1.5 mL 试管 | Henso | N14059 | |
| 24 孔板 | JetBiofil | CAP011024 | 聚苯乙烯,平底,无菌 |
| 6 孔板 | 恒装医疗有限公司 | N14221 | 平底,PS 材料,无菌 |
| 70 毫米聚丙烯细胞过滤器 | Biologix Group Limited | 15-1070 | 无菌 |
| 阿尔新蓝 8 GX 染料 | Santa Cruz | sc-214517B | |
| 全自动 CO2 培养箱 | Nuarire | UN-5100E/G DH | |
| 牛血清白蛋白 | 维纳实验室 | 1443151 | |
| CD11c 单克隆抗体-PECy5 100 &微;g | eBioscience | 15-0114-82 | 克隆 (N418) |
| CD40 单克隆抗体-FITC 100 & micro;g | eBioscience | 11-0402-82 | 克隆 (HM40-3) |
| CD80 单克隆抗体-APC 100 & micro;g | eBioscience | 17-0801-82 | 克隆 (16-10A-1) |
| CD86 单克隆抗体-FITC 100 µg | eBioscience | 11-0862-82 | 克隆 (GL-1) |
| 离心机 | Thermo Scientific | IEC CL31R 多速 | |
| 共聚焦显微镜 | 尼康 | 尼康共聚焦显微镜 C1 | |
| 锥形管 15 mL 直径 17 x 120 mm | Citotest | 4610-1865 | |
| DAPI | Sigma | 107K4034 | |
| D-葡萄糖 | Merk | 1.78343 | |
| 二甲基亚砜 | Anedra | 6646 | |
| 胎牛血清 500 mL | Sigma-Aldrich | 12352207 | |
| 式细胞术系统 | BDBiosciences | BD FACS中国贸易;II | |
| 折叠毛细血管 Zeta 细胞 | Malvern Panalytical | DTS1070 | |
| 硫酸庆大霉素盐 | Sigma | G1264 | |
| 戊二醛溶液 | Fluka | 49630 | |
| Hepes | Gibco | 11344041 | |
| 皮下注射 针头 21 G x 1"25/8 | 威高 | 无 | 菌 |
| 皮下注射 针头 25 G x 5/8" | 威高 | 无菌的 | |
| 倒置显微镜 | 徕卡 | DMIL LED 荧光灯 | |
| 氯胺酮 | Holliday | ||
| 脂多糖 5 mg | Invitrogen | tlrl-rslps | LPS 来自革兰氏阴性菌大肠杆菌 K12 。TLR2/4 激动剂 |
| 酸洛哌丁胺 | Sigma-Aldrich | 5.08162 | |
| 培养基 199 | Gibco | 11150059 | |
| Methylene Blue | Anedra | 6337 | |
| MHC I 类 (H2kb) 单克隆抗体-PE 100 µg | eBioscience | 12-5958-82 | 克隆 (AF6-88.5.5.3) |
| MHC II 类 (IA/IE) 单克隆抗体-FITC 100 µg | eBioscience | 11-5321-82 | 克隆 (M5/114.15.2) |
| 显微镜 | 奥林巴斯 | CX31 | |
| 小鼠重组小鼠 Flt3L。 | PrepoTech | 250-31L-10UG | |
| Nanodrop Thermo Scientific | ND-One | ||
| 多聚甲醛 | 琼脂 Scientific | R1018 | |
| 青霉素 G 钠盐 | Sigma | P3032-10MU | |
| PKH26 | Sigma-Aldrich | MINI26 | |
| 磷酸钾一碱 | 基滴灌器 | 用于磷酸盐缓冲生理盐水(PBS) | |
| 红细胞裂解缓冲液100mL | 罗氏 | 11814389001 | |
| RPMI培养基 1640 1x 500mL | Sigma-Aldrich(Gibco) | 11875093 | |
| 二甲胂酸钠 | Sigma-Aldrich | C0250 | |
| 氯化钠 | Anedra | 7647-14-5 | 用于磷酸盐缓冲盐水 (PBS)磷 |
| 氢钠(无水)p. a. | Biopack | 1639.07 | 用于磷酸盐缓冲盐水 (PBS) |
| 链霉素盐 | Sigma | S9137 | |
| 注射器 10 mL | 不来梅 | 无 | 菌厚 |
| 壁聚碳酸酯管 | Beckman Coulter | 13 x 55 mm,标称容量 4 mL | |
| 透射电子显微镜 | Jeol | JEOL JSM 100CX II | |
| 超速离心机 | Beckman | Optima LE-80k | 90 Ti 转子 |
| 甲苯噻嗪 | Richmond | ||
| Zetasizer Nano | 莫尔文 | Nano ZSizer-ZEN3600 | 执行动态光散射和 zeta 电位测量 |