Describimos técnicas basadas en imágenes de animales enteros y citometría de flujo para monitorear la expansión de las células T CD8+ específicas de antígeno en respuesta a la inmunización con nanopartículas en un modelo murino de vacunación.
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Describimos técnicas basadas en imágenes de animales enteros y citometría de flujo para monitorear la expansión de las células T CD8+ específicas de antígeno en respuesta a la inmunización con nanopartículas en un modelo murino de vacunación.
Los adyuvantes tradicionales de las vacunas, como el alumbre, provocan respuestas subóptimas de las células T CD8+. Para abordar este importante desafío en el desarrollo de vacunas, se han diseñado varios sistemas de nanopartículas para imitar las características de los patógenos para mejorar la entrega de antígenos a los ganglios linfáticos que drenan y aumentar la absorción de antígenos por parte de las células presentadoras de antígenos, lo que lleva a nuevas formulaciones de vacunas optimizadas para la inducción de respuestas de células T CD8+ específicas de antígenos. En este artículo, describimos la síntesis de un sistema de nanopartículas "imitador de patógenos", denominadas vesículas multilaminares reticuladas entre capas (ICMV) que pueden servir como un portador de vacuna eficaz para la administración conjunta de antígenos de subunidades y agentes inmunoestimulantes y la obtención de potentes respuestas citotóxicas de linfocitos T CD8+ (CTL). Describimos métodos para caracterizar el tamaño hidrodinámico y la carga superficial de las nanopartículas de la vacuna con dispersión dinámica de luz y analizador de potencial zeta, y presentamos un procedimiento basado en microscopía confocal para analizar la entrega de antígenos mediada por nanopartículas a los ganglios linfáticos drenantes. Además, mostramos una nueva técnica de imagen de bioluminiscencia de animales enteros que utiliza la transferencia adoptiva de células T CD8+ específicas de antígeno que expresan luciferasa a ratones receptores, seguida de la vacunación con nanopartículas, que permite la interrogación no invasiva de los patrones de expansión y tráfico de CTL en tiempo real. También describimos la tinción de tetrámeros y el análisis citométrico de flujo de células mononucleares de sangre periférica para la cuantificación longitudinal de las respuestas de las células T endógenas en ratones vacunados con nanopartículas.
Desarrollo de la vacuna tradicional ha empleado principalmente el enfoque empírico de ensayo y error. Sin embargo, con el reciente desarrollo de una amplia variedad de biomateriales y descubrimiento de los determinantes moleculares de la activación inmune, ahora es posible diseñar racionalmente formulaciones de vacunas con señales biofísicos y bioquímicos derivados de patógenos 1,2. En particular, varias plataformas de administración de fármacos de partículas han sido examinadas como portadores de vacuna, ya que pueden ser co-cargado con antígenos de subunidades y agentes inmunoestimulantes, proteger componentes de la vacuna de la degradación, y mejorar su co-entrega a células presentadoras de antígeno (APCs) que reside en la linfa nodos (LNS), maximizando así la estimulación inmune y la activación 3-5. En este informe, se describe la síntesis de un sistema de nanopartículas "patógenos imitando", denominado vesículas multilamelares-interbilayer reticulado (ICMVs), que se han demostrado previamente como platfor vacuna potentem para elicitación de robusta de linfocitos T citotóxicos (CTL) y respuestas inmunes humorales en ambos compartimentos de tejido sistémicas y mucosas 6-9. En particular, la vacunación con ICMVs Conseguido mejorado sustancialmente los niveles de IgG en suero contra un antígeno de la malaria, en comparación con la vacunación con adyuvantes convencionales (por ejemplo, alumbre y Montanide) 7 y también suscitó respuestas CTL potentes contra las células tumorales y modelos de desafío virales en ratones 9. Aquí, utilizando ICMVs como un sistema de nanopartículas vacuna modelo, se describen los métodos para la caracterización de la vacuna nano-formulaciones, incluyendo el tamaño de las partículas y las mediciones de potencial zeta y el seguimiento de la trata de partículas para los LN de drenaje (dLNs) que utilizan la imagen confocal de tejidos cryosectioned 7. Además, se presenta un método basado en imágenes-toda-animales de analizar la expansión de las respuestas de CTL en ratones después de la transferencia adoptiva de células T CD8 + específicas de antígeno que expresan luciferasa 9,10. Finalmente, detinción de tetrámero escriba de células mononucleares de sangre periférica (PBMCs) para la cuantificación longitudinal de las respuestas de células T endógenas en ratones vacunados con nanopartículas de 6,9.
ICMVs son una formulación de nanopartículas a base de lípidos sintetizados por fusión controlada de liposomas simples en estructuras multilaminares, que luego son estabilizadas químicamente por grupos de cabeza de fosfolípidos de maleimida-funcionalizado de reticulación dentro de las capas de lípidos con ditiol reticulantes 6. Una vez ICMVs se sintetizan, una pequeña fracción de nanopartículas se puede utilizar para determinar el tamaño de partícula y el potencial zeta (es decir, la carga superficial de las partículas) con un sistema de dispersión de luz dinámica (DLS) y un analizador de potencial zeta. DLS mide los cambios en la dispersión de luz en suspensiones de partículas, lo que permite la determinación del coeficiente de difusión y el tamaño hidrodinámico de partículas 11. El logro de tamaño de partícula consistente de lote a lote síntesis es críticoya que el tamaño de partícula es uno de los principales factores que influyen en el drenaje linfático de partículas de vacunas para dLNs y captación celular posterior por APCs 12,13. Además, el potencial zeta puede obtenerse mediante la medición de la velocidad de las partículas cuando se aplica una corriente eléctrica, que permite la determinación de la movilidad electroforética de las partículas y superficie de las partículas de carga 11. Garantizar valores de potencial zeta consistentes de partículas es importante ya que la carga superficial de las partículas determina la estabilidad coloidal, la cual tiene un impacto directo sobre la dispersión de partículas durante el almacenamiento y después de la administración in vivo 14,15. Con el fin de realizar un seguimiento de la localización de partículas para dLNs, ICMVs pueden ser etiquetados con fluoróforos deseados incluyendo colorantes lipófilos y antígenos covalentemente etiquetados. Después de la inmunización, los ratones pueden ser sacrificados en diversos puntos temporales, dLNs resecadas, cryosectioned, y se analizaron con microscopía confocal. Esta técnica permite la visualización de Desagüe linfáticoción tanto de los transportistas y el antígeno de la vacuna dLNs nanopartícula. Las secciones de tejido, además, se pueden teñir con anticuerpos marcados fluorescentemente y utilizado para obtener más información, tales como tipos de células asociadas con el antígeno y la formación de centros germinales como hemos demostrado previamente 7.
Una vez que la síntesis de partículas está optimizado y el tráfico a las dLNs se confirma, es importante para validar la elicitación de expansión de CTL in vivo. Con el fin de analizar la elicitación de las células T CD8 + específicas de antígeno en respuesta a la vacunación de nanopartículas, hemos utilizado un antígeno modelo, ovoalbúmina (OVA), con OVA 257-264 péptido (SIINFEKL) inmunodominante epítopo de células T CD8 +, que permite análisis inmunológicos detalladas de las respuestas de células T específicas de antígeno de 16,17 inicial el desarrollo de vacunas. En particular, para interrogar a la dinámica de expansión y migración de las células T CD8 + específicas de antígeno, hemos generado unamodelo de doble ratón transgénico mediante el cruce de luciferasa de luciérnaga-expresión de ratones transgénicos (Luc) con OT-I ratones transgénicos que poseen las células T CD8 + con receptor de células T (TCR) específico para SIINFEKL (en asociación con H-2K b). A partir de estos ratones OT-I / Luc, luciferasa que expresan, las células T OT-I CD8 + pueden ser aislados y preparados para la transferencia adoptiva en ingenuas ratones C57BL / 6. Una vez sembrada, la inmunización con éxito con nanopartículas que contienen OVA-dará lugar a la expansión de las células T transferidas, que pueden ser rastreados mediante el control de la señal de bioluminiscencia con todo un sistema de imagen 9,10 animal. Esta técnica de formación de imágenes de todo el cuerpo no invasiva se ha utilizado con otros antígenos virales o tumorales en el pasado 18-20, revelando procesos implicados en la expansión de células T en los tejidos linfoides y difusión a los tejidos periféricos de una manera longitudinal.
Complementario al análisis de adoptivamente células T CD8 + específicas de antígeno transferidos, endogenolas respuestas de células T después de la vacunación nos puede ser examinado con el complejo péptido-mayor de histocompatibilidad (MHC) de ensayo tetrámero 21, en el que un complejo tetrámero MHC-péptido, que consta de cuatro fluoróforo de etiquetado MHC de clase I moléculas cargado con epítopos de péptidos, se emplea para unirse TCR y la etiqueta las células T CD8 + de una manera específica de antígeno. El ensayo de tetrámero de péptido-MHC se puede realizar ya sea en estudios de necropsia terminales para identificar las células T CD8 + específicas de antígeno en tejidos linfoides y periféricas o en estudios longitudinales con células mononucleares de sangre periférica (PBMCs) obtenidas a partir de extracciones de sangre en serie. Después de la tinción de los linfocitos con el péptido-MHC tetrámero, citometría de flujo análisis se realiza para los análisis detallados sobre el fenotipo de los CTL o cuantificación de su frecuencia entre las células T CD8 +.
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Todos los experimentos descritos en este protocolo fue aprobado por el Comité Universitario de Uso y Cuidado de los Animales (UCUCA) de la Universidad de Michigan y realizaron de acuerdo con las políticas y directrices establecidas.
1. Síntesis y caracterización de ICMVs Co-cargado con proteína de antígeno y adyuvante Moléculas
2. El examen de Nódulo Linfático Drenaje de ICMVs fluorescencia etiquetada con Microscopía Confocal
3. Monitoreo de expansión de antígeno-específica, luciferasa que expresan las células T CD8 + después de nanopartículas vacunación con Whole Animal Imaging
Las células 4. péptido-MHC de tetrámeros La tinción de PBMCs de Análisis del antígeno T CD8 + específicas
Nota: El procedimiento siguiente protocolo se puede realizar utilizando cualquiera de ratones C57BL / 6 adoptiva transferidos con las células T OT-I / Luc CD8 + o C57BL / 6 ratones sin la transferencia adoptiva.
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Los pasos implicados en la síntesis de ICMVs se ilustran en la Figura 1 6. En resumen, una película lipídica que contiene cualquier fármacos lipófilos o colorantes fluorescentes se hidrata en presencia de fármacos hidrófilos. Los cationes divalentes, tales como Ca 2+, se añaden a conducir fusión de liposomas aniónicos en vesículas multilamelares. Ditiol agente de reticulación, tales como la TDT, se añade a los lípidos de maleimida-funcionalizado "grapas" en apposing capas...
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El protocolo previsto en este artículo se describe la síntesis y caracterización de un nuevo sistema de nanopartículas a base de lípidos, denominados ICMVs, y proporciona el proceso de validar la efectividad de las formulaciones vacunales basados en nanopartículas para inducir respuestas de células T CD8 + específicas de antígeno. ICMV síntesis se completa en todas las condiciones acuosa, que es una importante ventaja en comparación con otros sistemas de nanopartículas poliméricas comúnmente utilizados (por ejempl...
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Perkin Elmer siempre que el coste de producción incurridos durante la publicación de este artículo.
Este estudio fue apoyado por el Instituto Nacional de Salud otorga 1K22AI097291-01 y por el Centro Nacional para el Avance de las Ciencias de traslación de los Institutos Nacionales de la Salud con el Número Premio UL1TR000433. También reconocemos Prof. Darrell Irvine en el MIT y profesor Matthias Stephan en el Centro del Cáncer Fred Hutchinson por su contribución en el trabajo inicial sobre las nanopartículas de vacunas y ratones transgénicos OT-I / Luc.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 1. Síntesis y caracterización de ICMVs cocargados con antígeno proteico y moléculas adyuvantes | |||
| 1,2-dioleoyl-sn-glicero-3-fosfoetanolamina-N-[4-(p-maleimidofenil)butiramida] (sal sódica) (MPB) | Avanti Polar Lipids, INC. | ||
| 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DOPC) | Avanti Polar Lipids, INC. | ||
| Lípido monofosforílico A (sintético) (PHAD™) (MPLA) | Avanti Polar Lipids, INC. | 699800 | |
| Viales de vidrio de 20 ml | Wheaton | 0334125D | |
| Symphny Horno de vacío | VWR | 414004-580 | |
| Ovoalbúmina (OVA) | Worthington | 3054 | |
| Bis-Tris Propano (BTP) | Fisher | BP2943 | |
| Q125 Sonicador (125 W/20 kHz) | Qsonica | Q125-110 | |
| Ditiothreitol (DTT) | Fisher | BP172 | |
| 2 kDa Polietilenglicol tiolado (PEG-SH) | Laysan Bio | MPEG-SH-2000-1g | |
| Malvern ZetaSizer Nano ZSP | Malvern | ||
| ZetaSizer Cubetas | Malvern | DTS1070 | |
| 2. Examen del drenaje de ganglios linfáticos de ICMV marcados con fluorescencia con microscopía confocal | |||
| 1,1'-Dioctadecil-3,3,3',3'-Tetrametilindodicarbocianina, sal de 4-clorobencenosulfonato (DID) | Life Technologies | D-7757 | |
| Alexa Fluor 555-succinimidil éster (AF555-NHS) | Life Technologies | A37571 | |
| Tissue-Tek OCT medio de congelación | VWR | 25608-930 | |
| Criomoldes de tejidos | VWR | 25608-922 | |
| 3. Monitorización de la expansión de los linfocitos T CD8+ específicos de antígeno que expresan luciferasa después de la vacunación con nanopartículas con imágenes de animales enteros | |||
| C57BL/6 ratones | Jackson | 000664 | |
| Albino C57BL/6 ratones | Jackson | 000058 | |
| OT-1 C57BL/6 ratones | Jackson | ||
| 70 μ m colador de nylon | BD | 352350 | |
| EasySep™ Kit de aislamiento de células T CD8+ de ratón | StemCell | 19853 | |
| IVIS® sistema de imagen de animales enteros | Perkin Elmer | ||
| 4. Tinción de tetrámeros peptídicos-MHC de células mononucleares de sangre periférica (PBMC) para el análisis por citometría de flujo de células T CD8+ específicas de antígenos | |||
| K2EDTA tubos | BD | 365974 | |
| ACK tampón de lisis | Life Technologies | A10492-01 | |
| Anti-CD16/32 Fc Block | Ebioscience | 14-0161-86 | |
| H-2Kb OVA Tetrámero | MBL | TS-5001-1C | |
| Anti-CD8-APC | BD | 553031 | |
| Anti-CD44-FITC | BD | 553133 | |
| Anti-CD62L-PECy7 | Ebioscience | 25-0621-82 | |
| 4′,6- Diimino-2-fenilindol diclorhidrato (DAPI) | SIGMA | D8417-10MG | |
| CyAn Citómetro de flujo | Beckman Coulter | ||
| FlowJo Software | FlowJo |
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