Es ist bekannt, dass Neutrophile ein Arsenal an reichlich zytoplasmatischen Granula, Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid-Phosphat (NADPH)-Oxidase, antimikrobiellen Enzymen und verschiedenen Organellen enthalten, die sich gegen eindringende Mikroben verteidigen. Darüber hinaus sind sie sehr beweglich und die ersten Zellen, die an die Entzündungsstelle rekrutiert werden, was bedeutet, dass Neutrophile die erste Verteidigungslinie des angeborenen Immunsystems sind 1,2. Die Granulozyten-Transfusionstherapie ist daher zu einer vielversprechenden klinischen Behandlung für neutropeniebedingte Infektionen geworden, um die Immunität der neutrophilen Granulozyten vorübergehend zu stärken 3,4,5. Neuere Entdeckungen haben deutlich gezeigt, dass Neutrophile in vielen physiopathologischen Szenarien auch als vielschichtige Effektoren fungieren6. Die durchschnittliche Lebenserwartung eines Neutrophilen beträgt weniger als 24 Stunden, so dass die Grundlagenforschung an Neutrophilen und die Anwendung von Neutrophilenstudien aufgrund der Einschränkungen im Zusammenhang mit stabiler Genmanipulation und Langzeitlagerung enorm schwierig sind 7,8,9,10,11 . Es gibt einige Zelllinien, die teilweise einige neutrophile Funktionen aufweisen können, wie z. B. HL-60, PLB-985, NB4, Kasumi-1 und induzierte pluripotente Stammzellen12. Diese Zelllinien können eine effektive Genom-Editierung und Kryokonservierung erreichen. Sie unterscheiden sich jedoch immer noch recht stark von den primären Neutrophilen und können daher die Funktionen der Neutrophilen nicht originalgetreu rekapitulieren13. Daher stützt sich der größte Teil der Forschung auf diesem Gebiet immer noch auf frisch isolierte primäre Neutrophile. Das Feld beruht immer noch auf der Erzeugung teurer und zeitaufwändiger bedingter Knock-out-Mäuse, um bestimmte Genfunktionen in Neutrophilen zu untersuchen, aber derzeit gibt es keine menschlichen Modelle.
Nachdem wir unsere Anstrengungen unternommen haben, um die heterogenen Prozesse zu erforschen, die am Tod von Neutrophilen beteiligt sind, und die vielfältigen Signalwege, die diese Prozesse regulieren14,15, wurde kürzlich über eine neue Behandlung namens CLON-G (Caspasen-lysosomale Membranpermeabilisation-Oxidationsmittel-Nekroptose-Hemmung plus Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor) berichtet 16. CLON-G besteht aus Q-VD-oph (Chinolyl-Valyl-O-methylaspartyl-[-2,6-difluorphenoxy]-methylketon), Hsp70 (Hitzeschockprotein 70), DFO (Deferoxamin), NAC (N-Acetylcystein), Nec-1s (Necrostatin-1s) und G-CSF (Granulozytenkolonie-stimulierender Faktor). Der Spontantod von Neutrophilen wird durch mehrere Wege vermittelt, darunter Apoptose, Nekroptose und Pyroptose. Q-VD-oph hemmt die Apoptose von Neutrophilen als Pan-Caspase-Inhibitor, indem es auf Caspase 1, Caspase 3, Caspase 8 und Caspase 9 abzielt17. Die Nekroptose der Neutrophilen ist von einem Signalweg abhängig, an dem die Rezeptor-interagierende Proteinkinase-1 (RIPK1) und das gemischte Kinase-Domänen-ähnliche Protein (MLKL) beteiligt sind18. Als RIPK1-Inhibitor hemmen Nec-1s die Nekroptose von Neutrophilen. Hsp70 und DFO können die lysosomale Membranpermeabilisierung (LMP) hemmen, was die Apoptose der neutrophilen Granulozyten19 und die Pyroptose20 induzieren könnte. Reaktive Sauerstoffspezies (ROS) spielen eine wichtige Rolle beim Tod von Neutrophilen, indem sie LMP19 und Apoptose21 vermitteln und Überlebenssignale22 hemmen. Als Antioxidans, das die Akkumulation von ROS reduzieren kann, verzögert NAC den Tod von Neutrophilen. Als Wachstumsfaktor aktiviert G-CSF die Überlebenssignale der neutrophilen Granulozyten und hemmt die Calpain-induzierte Apoptose23,24. Durch die gleichzeitige Ausrichtung auf mehrere spontane Todeswege der Neutrophilen kann die Lebensdauer der Neutrophilen effektiv auf mehr als 5 Tage verlängert werden, ohne ihre Funktion zu beeinträchtigen. Die CLON-G-Behandlung erweitert die Möglichkeiten der Konservierung, des Transports und der Genmanipulation von Neutrophilen, was die Forschung in der Gemeinschaft der Neutrophilen beschleunigen kann. In der Zwischenzeit können die derzeit zugelassenen Protokolle für Zelltod-Assays auf der Grundlage des Wissens über den Tod von Neutrophilen unerwartete Schäden an Neutrophilen verursachen14, so dass diese Protokolle verfeinert wurden, um für Neutrophilenstudien besser geeignet zu sein. Dieser Bericht enthält detaillierte Protokolle für die Kultivierung von Neutrophilen mit CLON-G und einen In-vitro-Zelltodtest von Maus-Neutrophilen mittels Durchflusszytometrie und Fluoreszenzbildgebung. CLON-G ist sowohl auf Maus- als auch auf menschliche Neutrophile wirksam; Die Mausproben werden hier jedoch demonstriert, um dieses Protokoll zu vereinfachen. Die Konzentration von NAC beträgt 1 mM für Maus-Neutrophile und 10 μM für humane Neutrophile. Hsp70 ist speziesspezifisch und sollte daher entsprechend der Quelle der Neutrophilen eingesetzt werden. Bei diesem Protokoll spielt es keine Rolle, ob und wie Neutrophile aus peripherem Blut oder Knochenmark isoliert werden.
Für die vorliegende Studie wurden Neutrophile aus dem Knochenmark der Maus isoliert, um genügend Neutrophile für die Experimente zu erhalten, da etwa 1 x 10 7-1,5 x 107 Neutrophile aus dem Knochenmark gewonnen werden können, während nur 1 x 10 6 Neutrophile aus dem peripheren Blut einer einzelnen 8-12 Wochen alten C57BL/6-Maus (beiderlei Geschlechts) isoliert werden können. Es wurde eine Gradientenzentrifugation durchgeführt, um eine mögliche Beschädigung und Aktivierung durch die mechanische Stimulation der FACS-Sortierung oder MACS-Sortierung zu vermeiden.