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Artículo de método

Un modelo murino avanzado para esteatohepatitis no alcohólica en asociación con diabetes tipo 2

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DOI:

10.3791/59470

26 de abril de 2019

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Se describe un modelo animal simple y confiable para la esteatohepatitis no alcohólica inducida por la dieta, que se logra a través de la carcasa no SPF de los animales y la administración de una dieta alta en grasas específica. Describimos la identificación de los subconjuntos de células inmunes hepáticas y adiposas para recapitular las condiciones inmunológicas humanas exponiendo ratones a gérmenes ambientales.

Resumen

La obesidad se asocia con la inflamación crónica de bajo grado y la resistencia a la insulina, contribuyendo a una creciente prevalencia de enfermedades metabólicas crónicas, como la diabetes tipo 2 y la esteatohepatitis no alcohólica (NASH). Investigaciones recientes han establecido que las células inmunes pro-inflamatorias infiltran tejido adiposo hipertrófico obeso y el hígado. Dada la importancia emergente de las células inmunitarias en el contexto de la homeostasis metabólica, hay una necesidad crítica de cuantificar y caracterizar su modificación durante el desarrollo de la diabetes tipo 2 y NASH. Sin embargo, los modelos animales que inducen características fisiopatológicas típicas del NASH humano son escasos.

En este artículo, proporcionamos un protocolo detallado para identificar subconjuntos de células inmunitarias aisladas del hígado y el tejido adiposo en un modelo de ratón confiable de NASH, establecido por la vivienda de ratones con dieta alta en grasas (HFD) bajo condiciones no específicas de patógenos (SPF) sin un barrera durante al menos siete semanas. Demostramos el manejo de ratones en condiciones no SPF, digestión de los tejidos y la identificación de macrófagos, células asesinas naturales (NK), células dendríticas, B y células T subconjuntos por citometría de flujo. Se proporcionan diagramas de citometría de flujo representativos de ratones con SPF HFD y ratones que no son SPF. Para obtener datos fiables e interpretables, el uso de anticuerpos, métodos precisos y precisos para la digestión de los tejidos y la correcta compuerta en los experimentos de citometría de flujo son elementos críticos.

La intervención para restaurar la exposición fisiológica del antígeno en ratones alojándolos en condiciones no SPF y la exposición no específica a antígenos microbianos podría proporcionar una herramienta relevante para investigar el vínculo entre las alteraciones inmunológicas, inducida por la dieta obesidad y complicaciones relacionadas a largo plazo.

Introducción

La obesidad es un trastorno multifactorial y un factor de riesgo importante para desarrollar enfermedades cardíacas, accidentes cerebrovasculares, esteatohepatitis no alcohólica (NASH), diabetes tipo 2 (T2D) y algunos tipos de cáncer. La prevalencia de la obesidad está aumentando rápidamente en todo el mundo. Hoy en día, 2,1 mil millones personas — casi el 30% de la población mundial — son obesas o con sobrepeso1. La resistencia a la insulina asociada a la obesidad puede conducir a T2D, cuando las células beta del islote pancreático agotado no logran compensar la mayor necesidad de insulina para mantener la la homeostasis de la glucosa2.

El tejido adiposo se compone de varios tipos de células, incluyendo adipocitos, células endoteliales, fibroblastos y células inmunitarias. Durante la progresión de la obesidad, los cambios en el número y la actividad de las células inmunitarias pueden provocar una inflamación de bajo grado del tejido adiposo hipertrófico3,4. Específicamente, se ha encontrado que la ingesta excesiva de energía, acompañada de niveles crónicamente elevados de glucosa en sangre, triglicéridos y ácidos grasos libres, conduce a la hipoxia adipocíta, estrés retículo endoplásmico, deterioro de la función mitocondrial y mejora de la secreción de citoquinas, lo que resulta en la activación de las células inmunitarias proinflamatorias de la adiposa5,6. Investigaciones pasadas se han centrado principalmente en la inmunidad innata, pero más recientemente las células inmunes adaptables (células T y B) han surgido como reguladores importantes de la homeostasis de la glucosa. Poseen inflamatorios (incluyendo células t CD8+ , Th1, y células B) o principalmente funciones regulatorias (incluyendo células reguladoras t (treg), células Th2) y pueden exacerbar o proteger contra la resistencia a la insulina7,8 , 9.

Además, se propusieron varios mecanismos para explicar cómo la obesidad aumenta la esteatohepatitis, incluyendo el aumento de la producción de citoquinas por tejido adiposo10. NASH, la forma progresiva de hígado graso no alcohólico y una importante carga sanitaria en los países desarrollados, se caracteriza histológicamente por los hepatocitos en globo, la acumulación de lípidos, la fibrosis y la inflamación pericelular y puede progresar hasta cirrosis, enfermedad hepática terminal o carcinoma hepatocelular. Varios régimen (por ejemplo, la dieta deficiente de metionina y colina11) se sabe que inducen la patología hepática como Nash en modelos animales no humanos, pero la mayoría de estos enfoques no recapitulan las condiciones humanas de Nash y su metabolismo consecuencias, ya sea que requieran un nocaut genético específico, manipulaciones dietéticas no fisiológicas o la falta de resistencia a la insulina típica de NASH humano. Por otra parte, nuestra comprensión de los mecanismos subyacentes de las enfermedades metabólicas se basa actualmente en experimentos llevados a cabo con ratones de laboratorio alojados bajo condiciones estándar específicas libres de patógenos (SPF). Esas instalaciones de barrera son anormalmente higiénicas y no consideran la diversidad microbiana que los seres humanos tienen que encontrar, lo que puede tener en cuenta las dificultades en el proceso de traducción de los estudios en animales a los enfoques clínicos12,13 , 14.

Para investigar los diferentes subconjuntos de células inmunes en el tejido adiposo y el hígado durante el desarrollo de la resistencia a la insulina y NASH en un modelo avanzado de ratón que reproduce las condiciones inmunológicas humanas, los ratones se alojaron en jaulas individuales en semi estéril condiciones sin barreras. Los ratones alojados bajo condiciones expuestas al antígeno desarrollaron patología hepática como la de NASH ya después de 15 semanas de alimentación con dieta alta en grasas (HFD)13. En comparación con los ratones SPF adaptados a la edad, desarrollaron esteatosis macrovesicular, infiltración hepática y activación de células inmunitarias.

Este manuscrito describe un análisis robusto de citometría de flujo para definir y contar subconjuntos de células inmunitarias del tejido adiposo del ratón y del hígado en un modelo de NASH. El análisis de citometría de flujo permite la detección de múltiples parámetros de células individuales simultáneamente en contraste con los enfoques RT-PCR o inmunohistoquímica.

En Resumen, nuestro estudio ofrece un modelo de ratón de HFD a corto plazo para la investigación del desarrollo de la resistencia a la insulina y NASH y los mecanismos subyacentes que también exhibe la fidelidad a la condición humana.

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Protocolo

Este estudio se llevó a cabo de acuerdo con la guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio de los institutos nacionales de salud y la ley de bienestar animal bajo la supervisión de nuestro Comité institucional de cuidado y uso de animales. Los protocolos de los animales se realizaron de acuerdo con las directrices éticas institucionales de la Charité Berlin, Alemania, y fueron aprobados por el Landesamt für Gesundheit und Soziales y cumplen con las pautas de llegada.

1. modelo animal inducido por la dieta de esteatohepatitis

  1. Transfiera ratones (C57Bl/6J, macho) a vivienda no SPF a la edad de 4 semanas y expérrelas continuamente a una amplia gama de patógenos/antígenos ambientales. Garantizar la exposición por el manejo diario de los animales de laboratorio como antígenos se distribuyen por el pasaje de aire de esta manera.
  2. Mantener ratones (C57BL/6J, macho, 12 semanas de edad) en sistemas de enjaular abiertos con filtros convencionales en un ciclo de luz/oscuridad de 12 h:12 h a una temperatura de 22 ° c. No Irradie ni esterilice la dieta y el lecho experimental. Acceso a la vivienda de animales sin máscara o red de pelo. Puertas abiertas entre las habitaciones de animales. No use una ducha de aire.
  3. Garantizar la manipulación diaria de los animales de laboratorio y las salas de conmutación de forma regular para que los antígenos se distribuyan por conducto de aire. Complementar la vivienda sucia con exposición microbiana no específica diaria a antígenos de la ropa de cama de animales de laboratorio de mamíferos alojados en habitaciones situadas junto a los ratones de laboratorio.
  4. Mida las proporciones de la memoria CD44-CD62L- EFECTOR de células CD4+ y CD8+ T en sangre y bazo utilizando citometría de flujo (como se describe en refefence13).
    Nota: En este sentido definimos un aumento de 20% de la memoria efector de células t CD8+ de células CD8+ t como evidencia de exposición microbiana suficiente.
  5. Comience el HFD (60 kJ% de la grasa, 19 kJ% de proteínas y 21 kJ% de carbohidratos y consumo de libitum de agua con contenido de sacarosa al 6% con ratones masculinos C57Bl/6J de cinco semanas de edad para 7-15 semana. El HFD debe contener 60% kJ de la grasa (como se describió anteriormente) con el fin de inducir el desarrollo de resistencia a la insulina a lo largo del transcurso del experimento.
    Nota: Se debe realizar la tinción de hematoxilina y se deben encontrar características histológicas como globos de hepatocitos, cuerpos de Mallory Denk, infiltración de células inmunitarias y esteatosis macrovesicular para demostrar la patología hepática como NASH (como se muestra en la referencia 13).

2. preparación de reactivos y soluciones

  1. Preparar el 70% de etanol, fosfato salino amortiguado (PBS, sin calcio y magnesio) complementado con 0,5% BSA y ACK (cloruro de amonio-potasio) tampón de lisis.
  2. Tampón de tinción
    1. Disolver 10 mL de suero de ternera fetal (FCS) en 500 mL de PBS para obtener 2% FCS PBS. Coloque el tampón de tinción sobre hielo antes de usarlo.
    2. Almacene la solución en una botella de plástico a 4 ° c.
  3. Solución de collagenasa para la digestión del tejido adiposo
    1. Disolver 2,5 g de albúmina sérica bovina (BSA) en 500 mL de PBS para obtener un 0,5% de BSA/PBS.
    2. Disolver 74,5 g de CaCl2 en 10 mL de 0,5% de BSA/PBS para obtener una solución de 10 mm de CaCl2 .
    3. Añadir 1 mg de colagenasa tipo II (ver tabla de materiales) a cada ml de 0,5% de BSA con 10 mm CaCl2 PBS.
    4. Preparar 3 mL de solución de digerido de colagenasa por g de muestra de tejido adiposo. Prepare una nueva solución de colagenasa para cada aislamiento.
  4. Solución de collagenasa para la digestión del tejido hepático
    1. Disolver 2,5 g de BSA en 500 mL de solución de sal equilibrada de Hank (HBSS) para obtener 0,5% BSA HBSS.
    2. Añadir 10 mL de FCS en 500 mL de 0,5% BSA/HBSS para obtener 2% FCS 0,5% BSA/HBSS.
    3. Añadir 0,5 mg de colagenasa tipo IV (ver tabla de materiales) a cada ml de 2% FCS 0,5% BSA/HbSS.
    4. Añadir 0,02 mg de DNase por mL de 2% FCS 0,5% BSA/HBSS solución de colagenasa.
    5. Prepare 13 mL de solución de digestión de colagenasa por muestra de tejido hepático.
    6. Prepare una nueva solución de colagenasa para cada aislamiento.

3. generación de suspensiones de célula única

  1. Digestión del tejido adiposo
    1. Eutanasia ratones a través de la anestesia isoflurana seguida de dislocación cervical. Pulverizar el pecho con etanol al 70%. Cuidadosamente hacer una incisión central de 5-6 cm a través del integumento y la pared abdominal a lo largo de toda la longitud de la caja torácica para exponer la cavidad pleural y el corazón.
      Nota: No dañe los órganos subyacentes y mantenga las puntas de las tijeras hacia arriba.
    2. Inyecte al menos 10 mL de solución salina al 0,9% en el vértice del ventrículo izquierdo con una aguja de 26 G.
      Nota: La perfusión exitosa se observa mediante el blanqueamiento del hígado.
    3. Abrir la cavidad peritoneal con tijeras y cortar las almohadillas de grasa perigonadal en cada lado con finas tijeras curvadas. Diseccionar los tejidos gonadales con tijeras curvadas finas y pesar tejido adiposo.
    4. Realizar la disociación mecánica utilizando tijeras y cortar el tejido adiposo en trozos finos en una placa de Petri a 4 ° c. Transferir el tejido adiposo a 50 mL de tubos de centrífuga cónica y enjuagar la placa de Petri con 1 mL de 0,5% de BSA/PBS.
    5. Añadir 3 mL de solución de digestión de tejido adiposo (como se preparó en el paso 2,3) por gramo de tejido adiposo. Incubar solución de tejido adiposo a 37 ° c durante 20 min bajo agitación suave (200 rpm).
    6. Añadir 5 mL de 0,5% de BSA/PBS por gramo de tejido adiposo y colóquelo sobre hielo. Triturar la solución numerosas veces con una pildana serológica de 10 mL y pasarla a través de un colador (100 μm) con la ayuda de un émbolo.
    7. Centrifugar a 500 x g durante 10 min a 4 ° c.
    8. Retire la fracción de adipocito flotante por pipeteo. Resuspend el pellet de células (fracción vascular stromal) en 1 mL de tampón de lisis de ACK (ver tabla de materiales). Añadir 10 mL de PBS 2% FCS.
    9. Centrifugar a 500 x g durante 10 min a 4 ° c.
    10. Supernatante Decant y pellet de resuspendio de células en 250 μL de 2% FCS PBS.
    11. Cuente el número de células viables en un hemocitómetro utilizando la exclusión de azul Tripan.
  2. La digestión del tejido hepático
    1. Almacene el hígado en un tubo de centrífuga cónico lleno de PBS y transporte sobre hielo.
    2. Realizar la disociación mecánica utilizando sellos de jeringa en una placa de Petri a 4 ° c. Poner el tejido hepático diseccionado en un tubo cónico de 50 mL de centrífuga que contenga 10 mL de solución de digestión hepática tibia. Enjuagar la placa de Petri con 3 mL de solución de digestión hepática.
    3. Incubar solución de tejido hepático a 37 ° c durante 20 min bajo agitación suave (200 rpm).
    4. Añadir 20 mL de HBSS. Triturar la solución numerosas veces con una pildana serológica de 10 mL y pasarla a través de un colador (100 μm) con la ayuda de un émbolo.
    5. Centrifugar a 500 x g durante 10 min a 4 ° c. Decante el sobrenadante y resuspender el pellet de células en 20 mL de HBSS.
    6. Centrifugar a 30 x g durante 1 min a temperatura ambiente para extraer la matriz de hepatocitos. Deseche el pellet de células.
    7. Centrifugar el sobrenadante a 500 x g durante 10 min a 4 ° c. Resuspend el pellet en 10 mL de una solución mediana de gradiente de densidad de baja viscosidad del 33% (ver tabla de materiales) en HBSS seguida de centrifugación (800 x g; 30 min; temperatura ambiente; sin freno).
    8. Resuspend el pellet en 1 mL de tampón de lisis de ACK e incubar durante 4 min a temperatura ambiente. A continuación, añada 10 mL de HBSS.
      Nota: Para descartar el sobrenadante aspirar el sobrenadante con interfásico (hepatocitos) con mucho cuidado con una Pilea de transferencia (tanto como sea posible sin tomar el pellet con células inmunitarias y eritrocitos).
    9. Pase las células a través de un colador de 30 μm en un tubo cónico de centrifugación de 15 mL y centrifugue a 500 x g durante 10 min a 4 ° c. Supernatante Decant y pellet de resuspendio de células en 250 μL de 2% FCS PBS.
    10. Cuente el número de células viables en un hemocitómetro utilizando la exclusión de azul Tripan.

4. tinción superficial

  1. Prepare la mezcla de anticuerpos para los subconjuntos de células T (panel 1) y las células inmunitarias innatas (panel 2), tal como se describe en la tabla 1 y en la tabla 2. Los volúmenes están optimizados para una muestra (100 μL) con respecto a las concentraciones de anticuerpos.
    Nota: Los linfocitos y las células inmunitarias innatas presentan diferencias en la autofluorescencia y deben analizarse por separado.
  2. Utilice hasta 3 x 106 células en 100 μL en un tubo de poliestireno FACS para tinción superficial. Para bloquear los receptores FC añadir 10 μL de anticuerpo anti-CD16/CD32 (diluido 1:100) e incubar durante 10 min en hielo. Utilice una muestra de control negativo sin teñir para ajustar la dispersión lateral (SSC) y la dispersión hacia adelante (FSC) para determinar la ubicación de la población celular negativa.
  3. Vórtice y agregue el volumen adecuado de mezcla de anticuerpos para el panel 1 y el panel 2. Añadir 1 μL de colorante de viabilidad a cada muestra para permitir la discriminación de células vivas y muertas. Incubar durante 20 min a 4 ° c y protegido de la luz.
  4. Lavar dos veces con 2 mL de 2% FCS PBS y centrifugar a 300 x g durante 5 min a 4 ° c.
  5. Resuspend el pellet de células en 300 μL de 2% FCS PBS y almacene a 4 ° c hasta el análisis de FACS.
    Nota: Antes de iniciar la medición pasar las células a través de 30 μm colador de celda en poliestireno FACS tubo y vórtice. La citometría de flujo se realizó con células etiquetadas almacenadas en 2% FCS PBS a 4 ° c para 1-3 h. las células deben analizarse lo antes posible para obtener resultados optimizados.

5. compensación de citometría de flujo, adquisición y compuerta

  1. Ejecute una muestra de control negativo sin teñir para establecer el FSC y SSC y ajustar los voltajes del CITOMETRO de flujo para detectar poblaciones leucocitas y distinguir entre desechos y células viables. Excluya los desechos y las células muertas.
    Nota: La viabilidad de las suspensiones celulares del hígado podría ser menor que la viabilidad de las suspensiones celulares del tejido adiposo perigonadal debido a un paso de separación de densidad adicional.
  2. Ejecute muestras de control único manchado para la compensación multicolor.
    Nota: Los granos de captura de anticuerpos también podrían utilizarse para ajustar la superposición espectral si el número de celdas de una población de interés es demasiado bajo para compensar el uso de células. Para detectar posibles señales de Autofluorescencia de la fluorescencia de las células menos uno (FMO) controles para cada anticuerpo se recomiendan pero no se aplicaron en este protocolo.
  3. Inicie la medición, recopile el número adecuado de eventos (al menos 50.000 eventos) y registre los datos experimentales.
  4. Exporte los archivos de datos FCS para analizarlos y establezca la estrategia de compuerta. Puerta en CD45+ leucocitos para identificar las poblaciones celulares subsiguientes.

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Resultados

El protocolo descrito permite la caracterización de marcadores superficiales de células inmunitarias innatas y adaptativas aisladas del tejido adiposo de la murina perigonadal y del hígado en un modelo de NASH inducido por la dieta. En este modelo, NASH fue inducido por la administración de HFD más sacarosa (6%) en el agua potable durante 7 a 15 semanas en ratones C57Bl/6J, como se informó anteriormente13. Es importante destacar que los ratones estaban alojados en condiciones semi estériles y, por...

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Discusión

La esteatohepatitis tiene una fuerte asociación con anomalías metabólicas como la obesidad, la resistencia a la insulina y la dislipidemia15. Varios estudios indican que la inflamación del tejido adiposo puede conducir la patogénesis de la diabetes tipo 2, incluidos los niveles alterados de células del sistema inmunitario innato y adaptativo4,5,16,17 . Además, se ha enco...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Agradecemos a Anke Jurisch, Diana Woellner, Dra. Kathrin Witte y Cornelia Heckmann la asistencia con procedimientos experimentales y Benjamin Tiburzy de Biolegend para comentarios útiles sobre la estrategia de la puerta. J.S. fue apoyado por la beca Helmholtz (ICEMED). Este estudio fue apoyado por becas de la unidad de investigación clínica del Instituto de salud de Berlín (BIH), el "BCRT-Grant" por el Ministerio Federal alemán de educación e investigación y la Fundación Einstein. K.S.-B. y H.-D.V. son financiados por FOR2165.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
100 y micro; Filtros de células M Falcon352340
jeringa de 1 mL BD   
26 G x 5/8 agujas BD 
placas de Petri de 35 mm Falcon353001
40 µ Filtros de células M Falcon352340
ACK GIBCOA1049201
Alexa Fluor 700 anti-ratón CD45Biolegend 103127AB_493714 (BioLegend Cat. Nº 103127)
Software de análisis FlowJo 10.0.8 software
APC anti-ratón CD11c AnticuerpoBiolegend 117309AB_313778 (BioLegend Cat. Nº 117309)
APC anti-ratón KLRG1 (MAFA) AnticuerpoBiolegend 138411AB_10645509 (BioLegend Cat. Nº 138411)
BV421 anti-ratón CD127 AnticuerpoBiolegend 135023AB_10897948 (BioLegend Cat. Nº 135023)
BV421 anti-ratón F4/80 AnticuerpoBiolegend 123131AB_10901171 (BioLegend Cat. No. 123131)
BV605 anti-ratón CD279 (PD-1) AnticuerpoBiolegend 135219AB_11125371 (BioLegend Cat. No. 135219)
BV605 anti-ratón NK-1.1 AnticuerpoBiolegend 108739AB_2562273 (BioLegend Cat. Nº 108739)
BV650 anti-ratón/humano CD11b AnticuerpoBiolegend 101239AB_11125575 (BioLegend Cat. Nº 101239)
BV711 anti-ratón/humano B220 AnticuerpoBiolegend 103255AB_2563491 (BioLegend Cat. Nº 103255)
BV785 anti-ratón CD8a AnticuerpoBiolegend 100749AB_11218801 (BioLegend Cat. Nº 100749)
C57Bl/6J ratones, machos, 5 semanas de edad Forschungseinrichtungen fü r experimentelle Medizin (FEM)
CaCl2 Carité - Universitä tsmedizin BerlinA119.1 
Colagenasa NB 4G Grado Probado SERVA 
Colagenasa Typ I Worthington 
Tubo de centrífuga cónico 15mL Falcon352096
Tubo centrífugo cónico 50 mL Falcon352070
ADNAse   Sigma-Aldrich 
Suero fetal bovino BiochromS0115
Filtro 30µ m Celular 
FITC anti-ratón Anticuerpo CD3Biolegend 100203AB_312660 (BioLegend Cat. Nº 100203)
Citometría de flujo BD-LSR Fortessa 
Pinzas Sigma-Aldrich F4142-1EA
HBSS Bioanalítica GmBH 085021-0500 
Dieta alta en grasas SSNIFE15741– 34 y nbsp;60 kJ% de grasa, 19  kJ% de proteínas, y 21  kJ% de carbohidratos
micro tijeras de disección Sigma-Aldrich S3146utilizado con fines de disección 
PE anti-ratón anti-ratón CD25 AnticuerpoBiolegend 101903AB_312846 (BioLegend Cat. Nº 101903)
PE/Cy7 anti-ratón CD62L AnticuerpoBiolegend 104417AB_313102 (BioLegend Cat. Nº 104417)
PE/Cy7 anti-ratón I-A/I-E (MHCII)Biolegend 107629AB_2290801 (BioLegend Cat. Nº 107629)
PE/Dazzle 594 anti-ratón CD4 AnticuerpoBiolegend 100565AB_2563684 (BioLegend Cat. Nº 100565)
Solución Percoll BiochromL6115
PerCP/Cy5.5 anti-ratón CD44 AnticuerpoBiolegend 103031AB_2076206 (BioLegend Cat. Nº 103031)PerCP
/Cy5.5 anti-ratón anti-ratón Gr-1Biolegend 108427AB_893561 (BioLegend Cat. Nº 108427)
Solución salina tamponada con fosfato Gibco12559069
Tubos de fondo redondo con tapa de filtro de célulasSTEMCELL Technologies 38030
TruStain fcX anti-ratón CD16/32Biolegend 101301AB_312800 (BioLegend Cat. No. 101301)
Azul de tripano Sigma-Aldrich T6146
Zombie NIR Kit de Viabilidad Reparable Biolegend 423105mancha de viabilidad 
309659305115Tampón de lisis 11427513LS0041974716728001400422316

Referencias

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