Um reproduzierbare Daten mit diesem Protokoll zu erhalten, ist es wichtig, jeden Schritt sorgfältig zu befolgen. Das Auslassen oder Überstürzen einzelner Schritte kann die Zellausbeute, Vitalität und Reinheit verringern. Der wichtigste Faktor vor der Analyse ist die Schnelligkeit, mit der Gewebe nach dem Tod verarbeitet werden42. Menschliches Hirngewebe sollte so schnell wie möglich bearbeitet werden, idealerweise innerhalb von 6–12 h. Längeres Warten führt zum Abbau von Mikroglia-Oberflächenantigenen wie TMEM119 und P2RY12 und verringert die Zellviabilität20. Um dies zu vermeiden, ist es entscheidend, dass Gewebe umgehend transferiert und sofort bei 4 °C in HBSS mit DNase I gelagert werden.
Die mechanische Dissoziation muss sorgfältig angepasst werden43. Eine übermäßige Homogenisierung zerstört die Zellen und setzt DNA frei, was zu Verklumpungen führt und sowohl die Ausbeute als auch die Effizienz der Säule verringert44. Werden die Gewebe nicht ausreichend homogenisiert, verbleiben lebende Zellen in den Gewebefragmenten eingeschlossen. Das Hinzufügen von DNase I zum Dissoziationsmedium hilft, Verklumpungen zu verhindern45. Drei bis vier Mahldurchgänge mit dazwischenliegenden Spülschritten erzielen gewöhnlich gute Ergebnisse. Bei der Dichtegradientenzentrifugation mit Percoll ist es wichtig, die Zentrifugeneinstellungen exakt einzuhalten und die Bremse nicht zu verwenden, da diese die Schichten vermischen und die Zellseparation zerstören würde45. Beim Hinzufügen von HBSS zur Percoll-Suspension sollte das HBSS langsam entlang der Röhrenwand gegossen werden, um die Trennung der Schichten zu bewahren. Falls die Experimentatoren mit diesem Verfahren unerfahren sind, empfiehlt es sich, zunächst mit gefärbten Lösungen zu üben, bevor wertvolles Gewebe verwendet wird. Während der magnetischen Säulenfraktionierung über CD11b+ sollten Zellen und alle Puffer bei 4–8 °C gehalten werden. Steigt die Temperatur während der Inkubation mit Mikrokügelchen über diesen Bereich an, kann dies unspezifische Markierungen, Antikörper-Capping und die Aufnahme der Kügelchen verursachen, wodurch Reinheit und Selektionseffizienz erheblich verringert werden33.
Dieses Protokoll kann an verschiedene Gewebetypen oder Laboreinrichtungen angepasst werden. Wenn das Gewebe viele rote Blutkörperchen enthält, beispielsweise bei unvollständiger Herzperfusion, kann vor der Percoll-Gradientenzentrifugation ein ACK-Lyse-Schritt hinzugefügt werden, um diese zu entfernen und die Trennung zu verbessern46. Die ACK-Inkubation sollte nicht über längere Zeiträume durchgeführt werden, da dies die Leukozyten-Vitalität beeinträchtigen kann47. Wenn die Ausbeute weiterhin niedrig bleibt, sollte der auf dem Sieb verbleibende Zelltrümmer unter einem Stereomikroskop überprüft werden. Befindet sich noch viel lebendes Gewebe, kann die Anzahl der Zerkleinerungszyklen erhöht oder das Gewebe kleiner als 0,5 g pro Sieb zerschnitten werden. Beim Sammeln aus dem Percoll-Gradienten ist es ratsam, eine kleine Menge Percoll über dem Pellet zurückzulassen, um ein Verlieren der Interphase zu vermeiden. Wenn die Säule während der MACS-Trennung verstopft, deutet dies meist darauf hin, dass zu viele Zellen aufgetragen wurden oder noch Zelltrümmer in der Suspension vorhanden sind.
Obwohl dieses Protokoll für HIV-infiziertes menschliches Gehirngewebe konzipiert ist, gibt es einige wichtige Einschränkungen, die bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden müssen. Die mechanische Dissoziation verursacht stets zellulären Stress, der die Genexpression von Mikrogliazellen vorübergehend verändern und entzündliche Signalwege aktivieren könnte33,48. Eine weitere Einschränkung ist die Verwendung von CD11b als primärem Selektionsmarker. CD11b findet sich auf vielen myeloiden Zellen des zentralen Nervensystems, nicht nur auf Mikroglia, sondern auch auf eindringenden Monozyten und Makrophagen, die aufgrund der Neuroinflammation im HIV-infizierten Gewebe häufiger vorkommen49. Um ortsansässige Mikroglia von eindringenden Zellen zu unterscheiden, sind weitere Analysen mit mikrogliaspezifischen Markern wie TMEM119, P2RY12 und SALL1 erforderlich20,50. Eine dritte Einschränkung betrifft die Verfügbarkeit des Gewebes und Unterschiede zwischen Spendern. Postmortale menschliche Gehirnproben können nicht ersetzt werden, was es äußerst schwierig macht, das Protokoll mithilfe technischer Replikate desselben Spenders zu optimieren. Außerdem variieren die Proben hinsichtlich Ausbeute, Vitalität und Mikroglia-Aktivierung, insbesondere bei Menschen mit HIV, bei denen neurokognitive Funktion, ART-Vorgeschichte und andere gesundheitliche Probleme stark variieren können. Diese Unterschiede müssen in Experimenten sorgfältig dokumentiert und kontrolliert werden.
Verglichen mit anderen Methoden erzielt die FACS-basierte Isolierung unter Verwendung von Antikörpern gegen CD11b, CD45, TMEM119 oder P2RY12 eine hohe Reinheit, erfordert jedoch teure Geräte, ist zeitaufwändig und erhöht den zellulären Stress33,51. Zudem führt sie zu einer geringeren Zellausbeute als magnetische Mikroperlen-basierte Methoden52. Die Immunopanning-Methode ist sehr spezifisch, ebenfalls zeitaufwändig, benötigt eine spezialisierte Substratpräparation und eignet sich nur bedingt zur Verarbeitung von Gewebe aus mehreren Regionen53. Handelsübliche enzymatische Dissoziationskits können die Ausbeute an Einzelzellen verbessern und mechanische Belastungen verringern, sind jedoch teurer und können Oberflächenmarker durch Proteaseaktivität verändern, wodurch die Markierungseffizienz für nachfolgende immunmagnetische oder Durchflusszytometrie-Schritte reduziert wird54,55. Daher beinhaltet dieses Protokoll eine milde enzymatische Verdauung während des Hauptdissoziationsschritts, um Oberflächenantigene zu erhalten, was besonders wichtig für empfindliche Marker wie CD11b, CD68 und TMEM119 ist. Der hier verwendete schrittweise immunmagnetische Ausschöpfungs-Anreicherungsansatz, bei dem zunächst eine Depletion von CD3+-T-Zellen und anschließend eine positive Selektion von CD11b+-Zellen erfolgt, bietet einen klaren Arbeitsablaufvorteil gegenüber Einzelschritt-Protokollen. Er ermöglicht die Gewinnung von T-Zellen für parallele immunologische Untersuchungen und maximiert gleichzeitig die Reinheit des myeloischen Anteils. Diese doppelte Gewinnung ist besonders nützlich in der HIV-Reservoir-Forschung, bei der sowohl T-Zellen als auch myeloische Zellen im ZNS von Bedeutung sind.
Die isolierten CD11b+-Zellen können für eine Vielzahl von Forschungsanwendungen verwendet werden. Zur Untersuchung viraler Reservoire eignet sich dieser Zellanteil zur Messung des HIV-p24-Antigens, der HIV-DNA/RNA-Kopienzahl mittels digitaler Tropfen-PCR sowie für ex-vivo-Virusauswuchs-Assays56,57. Alle diese Methoden erfordern lebensfähige, angereicherte myeloide Zellen und sind wichtig für das Verständnis des ZNS-Reservoirs, das trotz ART-Behandlung persistiert58. Für transkriptomische Studien sind mit diesem Protokoll präparierte Zellen sowohl für die Bulk- als auch für die Einzelzell-RNA-Sequenzierung geeignet59,60. Dies ermöglicht es Forschenden, Mikroglia-Aktivierung, krankheitsassoziierte Mikroglia-Signaturen sowie die Reaktionen der Mikroglia auf eine HIV-Infektion auf Einzelzellevel zu untersuchen61. Mit geringen Modifikationen, wie der Verwendung unterschiedlicher Selektionskits und der Anpassung der Gradientenvolumina, kann dieser Arbeitsablauf auch auf andere neurologische Erkrankungen angewandt werden, darunter Alzheimer, multiple Sklerose, Long-COVID19 und traumatische Hirnverletzungen, bei denen ebenfalls eine Analyse der Mikroglia in postmortalen Gewebeproben erforderlich ist49,62.
Zusammenfassend bietet dieses Protokoll eine zuverlässige, skalierbare, flexible und reproduzierbare Methode zur Isolierung von myeloischen Zellen/Mikroglia aus menschlichem und tierischem Gehirngewebe. Da es mit zahlreichen nachgeschalteten Plattformen kompatibel ist und die Gewinnung mehrerer Immunzelltypen aus einer einzigen Gewebeprobe ermöglicht, stellt es ein wertvolles Werkzeug für Forscher in den Bereichen Neuroimmunologie, Virologie und Neuropathologie dar.