Aquí describimos un enfoque proteómico unicelular para evaluar inmunológico fenotípico y funcional (inducción de citocinas intracelulares) alteraciones en las muestras de sangre periférica, analizadas mediante citometría de masas.
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Aquí describimos un enfoque proteómico unicelular para evaluar inmunológico fenotípico y funcional (inducción de citocinas intracelulares) alteraciones en las muestras de sangre periférica, analizadas mediante citometría de masas.
Las citoquinas juegan un papel fundamental en la patogénesis de enfermedades autoinmunes. Por lo tanto, la medición de los niveles de citocinas ha sido objeto de múltiples estudios en un intento de comprender los mecanismos precisos que conducen a la ruptura de la autotolerancia y autoinmunidad posterior. Enfoques hasta el momento se han basado en el estudio de un aspecto específico del sistema inmune (un solo o pocos tipos celulares o citocinas) y no ofrecen una evaluación global de la enfermedad autoinmune complejo. Mientras que estudios de sueros de pacientes han producido penetraciones importantes en autoinmunidad, no proporcionan la fuente celular específica de las citocinas de desajuste detectadas. Aquí se describe un enfoque integral de unicelular para evaluar la producción de citoquinas en varios subconjuntos de células inmunitarias, dentro del contexto de "intrínseco" específico para cada paciente de plasma factores de circulación. Este enfoque permite la monitorización de la paciente específico phenotype inmune (marcadores de superficie) y función (citoquinas), ya sea en su natural "intrínseca patógenos" enfermedad estatal, o en la presencia de agentes terapéuticos (in vivo o ex vivo).
Las enfermedades autoinmunes son una causa importante de morbilidad y mortalidad que afecta a 3-8% de la población. En los Estados Unidos, trastornos autoinmunes se encuentran entre las principales causas de muerte entre las mujeres jóvenes y de mediana edad (edad < 65 años)1,2. Enfermedades autoinmunes se caracterizan por la presentación clínica heterogénea y los diversos procesos inmunológicos subyacentes. El espectro de la heterogeneidad del bien es representado a través de diferentes trastornos, como la participación conjunta en la artritis reumatoide (ar) y enfermedades neurológicas en la esclerosis múltiple (MS). Sin embargo, este nivel de heterogeneidad se ejemplifica también dentro de un desorden único, como el lupus eritematoso sistémico (les): algunos pacientes pueden presentar con patología renal, mientras que otros sufren de implicación hematológica o común3.
La inmunopatogénesis subyacente en los trastornos autoinmunitarios refleja la heterogeneidad clínica, con auto y hyper-activación de múltiples subconjuntos de la célula inmune innata y adaptativa y producción de citoquinas desregulación concomitante. Mientras que las citoquinas juegan un papel fundamental en la patogenia de la enfermedad autoinmune, entender su papel específico en el mecanismo de la enfermedad ha demostrado para ser un reto. Citocinas se caracterizan por pleiotropía (una citocina puede tener múltiples efectos en diferentes tipos de células), redundancia (varias citocinas pueden tener el mismo efecto), dualidad (una citocina puede tener efectos pro o antiinflamatoria bajo diversas condiciones), y plasticidad (citoquinas pueden ser moldeadas en un papel diferente de su "original", según el medio ambiente)4,5,6. Por lo tanto, métodos de nivel de la población no pueden distinguir heterogéneas respuestas celulares a la misma «medio de cytokine". Asimismo, diseños de los estudios que se centran en un aspecto específico del sistema inmune (un solo tipo de células o citocinas), no ofrecen una valoración global de todos los elementos que intervienen en complejas enfermedades autoinmunes. Mientras que estudios de sueros de pacientes han producido penetraciones importantes en autoinmunidad, no proporcionan la fuente celular específica de las citocinas de desajuste detectadas.
Recientemente, hemos desarrollado un enfoque proteómico unicelular para evaluar simultáneamente múltiples tipos de células inmunes y detectar sus diferentes perturbaciones de citoquinas en el medio de pacientes "patógenos" plasma de la sangre periférica circulante factores específicos. El flujo de trabajo descrito aquí se caracteriza por el uso de muestras de sangre periférica intacta, a diferencia de las células mononucleares aislados de sangre periférica (PBMCs). Sangre periférica representa el vehículo más fisiológicamente relevante para el estudio de enfermedad mediada inmune sistémica, incluyendo 1) no-células mononucleares de sangre a menudo implicados en enfermedad autoinmune (es decir, neutrófilos, plaquetas) y plasma 2) circulación de factores, tales como ácidos nucleicos, complejos inmunes y citocinas, que tienen funciones de activación inmunes. Para capturar la "intrínseca patógenos" desequilibrada producción de citoquinas, las muestras son procesadas inmediatamente después del sorteo de la sangre (T0, tiempo cero) y después de 6 h de incubación a 37 ° C (temperatura corporal fisiológica) con un transporte de la proteína periférica de la sangre inhibidor en la ausencia de cualquier condición estimulante exógeno (T6, tiempo 6 h), para detectar la producción de citoquinas (acumulación, T6-T0) que refleje el estado de "intrínseco" de la enfermedad (figura 1). Para el estudio de procesos de desregulación que reflejan sobre o debajo-activación de la señalización vías implicadas en las respuestas inmunológicas pertinentes a la enfermedad, las muestras de sangre periférica son tratados (6 h de incubación a 37 ° C con un inhibidor del transporte de la proteína) con una exógena estimular la condición que refleja la patogénesis de la enfermedad, como los agonistas de Toll-Like-Receptor (TLR) en el caso de SLE (T6 + R848, tiempo 6 h con 1 μg/mL R848), para detectar la producción de citoquinas que reflejaría una respuesta a los ácidos nucleicos (comparando T0 vs T6 vs T6 + R848, figura 1). Para estudiar los efectos inmunomoduladores de la terapéutica disponible ex vivo, lo que se refiere a los procesos de desregulación inmune precisa para ciertos pacientes, muestras de sangre periférica son tratadas con un inhibidor JAK en la correspondiente terapéutico concentración (aquí, 5 uM ruxolitinib; T6 + 5R, tiempo 6 h con 5 uM ruxolitinib), para detectar cambios en el estado de enfermedad "intrínseca" en respuesta a la droga (T0 vs T6 vs T6 + 5R, figura 1). Un inhibidor JAK fue elegido para este estudio porque inhibidores de JAK se han demostrado para tener éxito en el tratamiento de trastornos autoinmunes como la RA
Evaluar simultáneamente los procesos de estabilización descritos en varios subconjuntos de células inmunitarias, muestras de sangre periférica de SLE pacientes y controles sanos se procesada como se describió anteriormente y se analizaron por citometría de masas. Citometría de masas, también denominada citometría-tiempo de vuelo, ofrece análisis unicelular de parámetros más de 40 sin problemas de espectral solapan de8,7,9. Esta técnica utiliza isótopos metal de tierras raras en forma de iones metálicos solubles como etiquetas a los anticuerpos, en lugar de fluoróforos10. Detalles adicionales sobre la plataforma tecnológica de citometría de masas (es decir, ajuste y calibración, adquisición de muestra) se pueden encontrar en Leipold et al. y McCarthy et al. 11 , 12 la alta dimensionalidad de citometría de masas permite la medida simultánea de múltiples citocinas en subconjuntos de la célula inmune innata y adaptativa con granularidad unicelular (Tabla de materiales).
Parámetros clínicos y de laboratorio convencionales actuales no son a menudo sensible o lo suficientemente específicos para la detección de actividad de la enfermedad actual o la respuesta a los inmunomoduladores específicos13, reflejando la necesidad de delimitar mejor la inmune subyacente cambios que impulsan las llamaradas. Dada la omnipresencia del cytokine dysregulation en enfermedad autoinmune, tiene una plétora de enfoques de tratamiento que utilizan anticuerpos o inhibidores moleculares pequeños contra citoquinas o señalización de las proteínas implicadas en la regulación de la producción de citoquinas recientemente surgido. En su formato básico, el enfoque analítico de sangre periférica descrito aquí proporciona una plataforma para identificar subconjuntos de la célula altera específico para cada paciente y su producción anormal de citocinas en la enfermedad autoinmune con manifestaciones sistémicas. Esta metodología permite la personalización de opciones terapéuticas como citoquinas altera específico pueden ser identificados, y tratamiento específico pueden ser opciones prueba ex vivo para evaluar su capacidad de immunomodulate el paciente enfermedad específica proceso.
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Todos los métodos aquí descritos han sido aprobados por el Colorado múltiples institucional de junta (COMIRB) de la Universidad de Colorado. Todos los procedimientos descritos a continuación deben realizarse en una campana de cultivo estériles para tejidos, salvo estipulación en contrario, con las puntas de pipeta filtrada, y filtraron todos los reactivos.
1. preparación de reactivos para el procesamiento de la sangre periférica
2. estimulación y procesamiento de sangre periférica (figura 1)
3. código de barras de las células de la sangre lisada o fijo
4. tinción de código de barras lisis/fijo glóbulos y preparación para el análisis de citometría de masas instrumento
Nota: Cada 1 X título de anticuerpo de tinción (1 μL del anticuerpo por 100 μL de reacción de tinción), puede manchar generalmente 3-4 x 106 células. Por lo tanto, cuando todas las muestras de código de barras se combinaron en un tubo, la cantidad de anticuerpo debe ampliarse. Si 20 cantidad de muestras con código de barras 30 x 106 células, y cada título de X 1 puede manchar 3 – 4 x 106 células, la muestra de código de barras sólo requiere un 10 X título, a diferencia de la tinción de cada muestra individualmente, que requeriría una cantidad de X 20 de anticuerpo (1 X por tubo individual). La concentración de anticuerpos al numero de celular debe titularse con cuidado para cada Cóctel de anticuerpos individuales (no discutido aquí).
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Figura 1 muestra el flujo de trabajo para la estimulación y procesamiento de las muestras de sangre periférica, incluyendo asignación de alícuotas de la muestra de sangre, momento de la incorporación de agentes de estimulación, proteína transporte inhibidor de Cóctel e incubación veces hasta la lisis de glóbulos rojos (gr) y la fijación. La elección de los agentes estimulantes dependerá de las vías de señalización y citoquinas que son objeto de evaluación. Po...
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Aquí describimos una novela, unicelular, enfoque proteómico para evaluar simultáneamente múltiples tipos de células inmunes y detectar sus diferentes perturbaciones de citoquinas en el ambiente de paciente "patógenos" plasma de la sangre periférica circulante factores específicos. Este método emplea sangre periférica como el vehículo analítico y la citometría de masas como herramienta para la evaluación de anormalidades fenotípicas y funcionales celulares inmunes. El método es fácilmente aplicable a humanos y ratones est...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Nos gustaría agradecer a Aimee Pugh-Bernard por su entrada intelectual y comentarios útiles. Este trabajo fue apoyado por el Premio de investigación biomédica Boettcher Foundation Webb Waring y Premio número K23-1K23AR070897 de los NIH a Elena W.Y. Hsieh. Ella también fue apoyada por número de concesión HD000850 K12 del Eunice Kennedy Shriver Instituto Nacional de salud infantil y desarrollo humano y la Lucile Packard Foundation para la salud de los niños, Stanford CTSA UL1 TR001085 e investigación en salud infantil Instituto de Stanford University.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Ruxolitinib | Santa Cruz | SC-364729A | Stock Conc: 10 mM; Conc Final: 5 μ M |
| R848 | Invivogen | tlrl-r848-5 | Conc de stock: 1 μ g/μ L; Conc Final: 1 μ g/mL |
| LPS-EK | Invivogen | tlrl-eklps | Stock Conc: 1 μ g/μ L; Conc final: 0.1 μ g/mL |
| Estéril PBS | Lonza | 17-516F | |
| Tampón Lyse/Fix BD | biosciences | 558049 | Stock Conc: 5X; Conc final: 1X (diluido en ddH2O) |
| BD Phosflow permanente/tampón de lavado I | BD biosciences | 557885 | Conc de existencias: 10X; Conc final: 1:10 (diluido en ddH2O) |
| RPMI | Gibco | 21870-076 | |
| Azida de sodio (NaN3) | Sigma-Aldrich | S-8032 | Conc de stock: >99.9%; Conc final: 0.0002 |
| Inhibidor del transporte de proteínas (PTI) | eBiosciences | 00-4980-93 | Conc de stock: 500X; Conc final: 1X |
| DNA Intercalator | Fluidigm | 201192B | Conc de stock: 500 μ M; Conc final: 0.1 μ M |
| Medios de tinción celular (CSM) | PBS + 0.5% BSA, 0.02% NaN3 | ||
| MaxPar Código de barras Perm Buffer | Fluidigm | 201057 | Conc de stock: 10X; Conc final: 1X |
| 20-plex Pd Juego de códigos de barras | Fluidigm | S0014 | Conc de stock: n/a; Conc final: n/a |
| EQ TM perlas de calibración de cuatro elementos | Fluidigm | 201078 | conc de stock: 10X; Conc final: 1X |
| 16% Solución de formaldehído libre de MeOH | Thermo | 28908 | Conc de stock: 16% (p/v); Precio final: 1,6% (c/v) |
| Tubos de poliestireno estériles de fondo redondo | VWR | 60818-496 | Precio de stock: n/a; Conc final: n/a |
| Tubos de polipropileno Light | Labs | A-9001 | Conc de stock: n/a; Conc final: n/a |
| Helios CyTOF instrument | Fluidigm | Helios Todas | las soluciones que se utilicen en el análisis CyTOF deben estar libres de contaminación por metales. El ddH2O se utiliza en la preparación de cualquier solución debe tener una resistividad de al menos 18.0 MΩ. El ddH2O y cualquier solución preparada por uno mismo deben almacenarse en botellas nuevas de plástico o vidrio que nunca hayan sido esterilizadas en autoclave. |
| Nombre | Company | Número de catálogo | Comentarios |
| Anticuerpos utilizados para la citometría de masas | |||
| Marcadores de superficie | |||
| CD1c | Biolegend | L161 | Masa: 161 |
| CD3 | BD | UCHT1 | Masa: 144 |
| CD4 | Biolegend | SK3 | Masa: 174 |
| CD7 | BD | M-T701 | Masa: 149 |
| CD8 | Biolegend | SK1 | Masa: 142 |
| CD11b | Fluidigm | ICRF44 | Masa: 209 |
| CD11c | BD | B-ly6 | Masa: 152 |
| CD15 | BD | HI98 | Masa: 115 |
| CD14 | Biolegend | M5E2 | Masa: 154 |
| CD16 | eBioscience/Thermo | B73.1 | Masa: 165 |
| CD19 | Santa Cruz | SJ25C1 | Masa: 163 |
| CD21 | Biolegend | Bu32 | Masa: 141 |
| CD27 | BD | L128 | Masa: 155 |
| CD38 | Fluidigm | HIT2 | Masa: 172 |
| CD45 total | Biolegend | HI30 | Masa: 89 |
| CD45RA | Biolegend | HI100 | Masa: 153 |
| CD56 | Miltenyi | REA196 | Masa: 168 |
| CD66 | BD | B1.1/CD66 | Masa: 113 |
| CD86 | Fluidigm | IT2.2 | Masa: 150 |
| CD123 | Fluidigm | 6H6 | Masa: 143 |
| CD278/ICOS | Biolegend | C398.4A Masa | : 156 |
| CD179/PD1 | Biolegend | EH12.2H7 | Masa: 162 |
| IgD | Biolegend | IA6-2 | Masa: 146 |
| IgM | Biolegend | MHM-88 | Masa: 151 |
| CXCR5 | BD | RF8B2 | Masa: 173 |
| HLADR | Biolegend | L243 | Masa: 167 |
| Citoquinas | |||
| IL-1 y alfa; | Biolegend | 364-3B3-14 | Masa: 147 |
| IL-1 y beta; | Bioleyenda | H1b-98 | Misa: 169 |
| IL-1RA | Santa Cruz | AS17 | Masa: 157 |
| IL-6 | Biolegend | MQ2-13A5 | Masa: 164 |
| IL-8 | BD | E8N1 | Masa: 160 |
| IL-12/IL-23p40 | Biolegend | C8.6 | Masa: 171 |
| IL-17A | Biolegend | BL168 | Masa: 148 |
| IL23p19 | eBioscience/Thermo | 23dcdp | Masa: 176 |
| MIP1 y beta; | BD | D21-1351 | Masa: 158 |
| MCP1 | BD | 5D3-F7 | Masa: 170 |
| IFNα | Miltenyi | LT27:295 | Masa: 175 |
| IFNγ | Biolegend | 4S. B3 | Masa: 165 |
| PTEN | BD | A2B1 | Masa: 159 |
| TNF&alfa; | Biolegend | Mab11 | Mass: 166 |
| Nota: Si el fabricante indica que Fluidigm, este anticuerpo se compró a Fluidigm con metal preconjugado. Si se indica que el fabricante no es Fluidigm, este anticuerpo se autoconjugó utilizando el etiquetado multimetálico MaxPar Kit (Fluidigm Cat: 201300) según protocolo del fabricante. |
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