ここでは、インピーダンス細胞分光法を利用した血液脳関門のin vitroマウスモデルについて説明し、活性化T細胞との相互作用による内皮細胞の完全性と透過性への影響に焦点を当てています。
ここでは、インピーダンス細胞分光法を利用した血液脳関門のin vitroマウスモデルについて説明し、活性化T細胞との相互作用による内皮細胞の完全性と透過性への影響に焦点を当てています。
血液脳関門(BBB)の破壊は、多発性硬化症(MS)やその動物モデルの実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)などの自己免疫疾患の発症における重要なステップです。このプロセスは、活性化されたT細胞がBBBの主成分である脳内皮細胞(EC)を横切ることを特徴としています。しかし、このようなT細胞との相互作用が脳のEC機能に及ぼす影響については、ほとんどわかっていません。ここでは、T細胞との相互作用におけるマウス脳の初代微小血管EC(MBMEC)の機能とバリアの完全性を経時的に評価できるアッセイについて説明します。このアッセイは、経内皮電気抵抗(TEER)と細胞層容量(Ccl)の変化を測定することにより、EC単層の完全性と透過性を研究するための強力なツールであるインピーダンス細胞分光法を利用します。ECと直接接触すると、刺激されたがナイーブではないT細胞は、TEERの減少とCclの増加によって視覚化されるように、EC単層機能障害を誘発することができます。このアッセイは、EC単分子膜の完全性の変化を連続的かつ自動化された方法で記録します。刺激の強さやT細胞の活性化レベルの違いを区別するのに十分な感度を持ち、抗体、薬理学的試薬、サイトカインなどの幅広い物質を用いて、T細胞とECの相互作用を標的とした調節の結果を調べることができます。この技術は、in vitro T細胞移行アッセイにおけるECインテグリティの品質管理としても使用できます。これらのアプリケーションにより、生理学的および病態生理学的条件下でのBBB特性を研究するための汎用性の高いツールとなっています。
3 -血液脳関門は、中枢神経系(CNS)1から全身循環を分離します。それは、細胞の自由な移動と水溶性の分子の拡散を抑制し、病原体および潜在的に有害な物質から脳を保護する物理的障壁を提供します。そのバリア機能に加えて、BBBは、神経組織の適切な機能を確実に脳実質に酸素や栄養素の配信を可能にします。 BBBの機能特性は、高度に専門性の高い電気部品は、その主要構成要素であると、その細胞および無細胞成分によって規制されています。 BBBの電気部品は、タイトジャンクション(TJ)錯体、開窓の欠如、非常に低いピノサイトーシスの活動、および恒久的に能動輸送機構が存在することを特徴とします。 BBBの他の成分EC基底膜、内皮を埋め込む周皮細胞、アストロサイトのエンドフィート=関連するパーenchymal基底膜はまた、BBB 2,4の開発、保守および機能に寄与- 6と、一緒にニューロンおよびミクログリアで、CNS 7を適切に機能可能に神経血管ユニット(NVU)、形成- 9。
このような神経変性、炎症や感染症などの神経疾患、種々のでは、BBBの機能が2,5,10損なわれています。 TJ複合体および分子輸送機構の調節不全は、BBBの透過性、白血球の血管外遊出、炎症および神経損傷の増加につながります。そのような病態生理学的条件下で、BBBの特性を研究するために、様々なインビトロ BBBモデルは9,11,12が確立されています。彼らは一緒に障壁の完全性、透過性だけでなく、輸送機構の変化に貴重な洞察を提供してきました。これらのモデルは、ヒト、マウス、ラット、ブタまたはBの内皮細胞を用いますヒツジの原点13から18; 25 -初代内皮細胞または細胞株は、モノカルチャーとして、あるいは一緒に生体内 19 でより密接にBBBを模倣するために、周皮細胞および/またはアストロサイトのいずれかで培養されます。近年では、経内皮電気抵抗(TEER)の測定は、内皮バリア特性26,27を評価するための広く受け入れられているツールとなっています。
TEERは、細胞単層を横切るイオンフラックスに対するインピーダンスを反映し、その減少が損なわ内皮障壁の完全性、したがって透過性の増大の敏感な尺度を提供します。 30 -様々なTEER測定システムは、上皮Voltohmmeter(EVOM)、電気細胞-基質インピーダンスセンシング(ECIS)、リアルタイム細胞解析15,28を含む、開発されてきました。 TEERは、隣接するECの間のイオンフラックス(傍細胞経路)に対する抵抗性を反映し、に直接比例しています関門の完全性。インピーダンス分光法27,31においては、複素合計インピーダンス(Z)は、CCLを測定することによって、障壁の完全性についての追加情報を提供する、測定されます。 CCLは、細胞膜(経細胞経路)を介して容量性電流に関する:細胞層は、膜の両側での電荷分離、等価電気回路におけるコンデンサと同様に機能し、障壁の完全性に反比例します。透過性インサート上で成長させた場合には、ECが、付着増殖し、微多孔膜に広がります。これは、(それ自体がコンデンサのように作用する)のインサートのバックグラウンド容量性電流に抵抗し、その最低レベルに達するまでの容量の低下を招きます。これは、TJの確立隣接する電気部品との間のスペースからそのシールを複合体が続いています。これは、傍細胞経路を介してイオン流束を制限し、そしてそれがそのプラトーに達するまでTEERが増加します。炎症状態下で、しかし、endotheliアル障壁が侵害された:TJが破壊を取得複合体およびインサートの容量成分が再び上昇するとCCLが増加するにつれて、TEERは減少します。
私たちのTEERの測定は、自動化されたセル監視32システムを使用しています。それは、インピーダンス分光法の原理に従っており、その前のアプリケーションを拡張します。ここでは、免疫細胞と脳内皮の相互作用を含むバリア性の研究を可能にインビトロ BBBモデルを記述します。特に、T細胞を活性化します。 37 -このような病態生理学的状態は、多発性硬化症およびその動物モデルの実験的自己免疫性脳脊髄炎33のようなCNSの自己免疫疾患において観察されます。ここで、重要なステップは、BBBを横切る脳炎誘発性、ミエリン特異的T細胞の遊出があります。これは、それらが他の免疫細胞を動員し、私血管周囲空間と脳実質への参入、中にそれらの再活性化が続いていますdiate炎症およびその後の脱髄1,35,38。しかしながら、このようなT細胞と内皮細胞との相互作用の分子機構は、BBBの主な成分は、よく理解されていません。私たちのプロトコルは、このギャップを埋め、活性化T細胞との直接接触との複雑な相互作用の際に内皮細胞( すなわち、障壁の完全性と透過性)に影響新たな洞察を与えることを目指しています。
ここで説明するプロトコルは、微多孔膜と通気性のインサート上の単層として成長した初代マウス脳微小血管内皮細胞を利用します。内皮細胞を、ポリクローナルまたは抗原特異的な様式で予備活性化することができるCD4 + T細胞と共培養されます。予め活性化とMBMECsの共培養ではなく、ナイーブT細胞TEERの低下やMBMEC機能障害およびバリア破壊の定量的な尺度を提供するCCLの増加を誘導します。技術非侵襲的である:それは、EC単層の主要な乱れを防ぐビルトインの代わりに箸電極を、使用しています。細胞マーカーを使用することなく、バリア機能を監視するために使用することができます。これは、自動化された方法で連続測定を行うと同時に、時間をかけて2バリアパラメータ(TEERとCCL)の独立した評価を可能にします。この方法はまた、別のT細胞活性化のレベルとのECのようなT細胞の効果を区別するのに十分な感度です。
これは、機能的アッセイの広い範囲で使用することができる:炎症プロセスに関与する種々のサイトカインおよび/またはケモカインはMBMECs及びT細胞の共培養物に添加することができます。 ECまたはT細胞側のいずれかの細胞接着分子に対するブロッキング抗体を使用することができます。およびT細胞活性化マーカーの、またはそれらの細胞傷害特性の阻害剤は、T細胞プライミングまたは電気部品との共培養の間に添加することができます。アッセイはまた、T細胞の遊出するのに便利ですこれはT細胞の添加前にMBMEC単層の完全性の品質管理としての役割を果たすことができるようにアッセイ。このすべてが、この方法EC単層の完全性に活性化T細胞の効果に焦点を当てて、in vitroで BBBを研究するための汎用性と信頼性の高いツールになります。これは、自己反応、脳炎誘発性T細胞がBBBを横断し、炎症および神経損傷を引き起こすMS、その動物モデルEAEなどの自己免疫疾患の病因にBBB破壊のメカニズムを理解するために特に重要です。
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動物のケアのためのドイツのガイドラインに従って、すべての実験のために、マウスを交配したとミュンスター大学の中央動物施設における特定の病原体を含まない条件下で維持しました。全ての実験は、動物実験倫理委員会のガイドラインに従って行われ、ノルトライン=ヴェストファーレン州、ドイツ(LANUV、AZ 84-02.05.20.12.217)の地方当局によって承認されました。
1. MBMEC単離および培養
注:以前に以下のように変更して詳細14に記載されているようにMBMECsを分離:
2.収穫MBMECs
3. CD4 + T細胞の単離と刺激
4.設定とTEER測定を行います
5.データのエクスポートと統計解析
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図1は、T細胞および内皮細胞間の相互作用を研究するために使用されるのin vitro BBBモデルの一般的な概要を提供します。実験は、次の3つの主要手順で構成されています。最初のステップは、脳皮質からの一次MBMECsの単離、および5日間彼らの文化です。それらは、細胞培養プレート中でコンフルエンスに達したとき、MBMECsをトリプシン処理し、次いで、TEER装置内に配置される透過性インサート上に再播種されます。 TEERとMBMECsのCCLは、連続的に測定し、3〜5日の期間にわたって監視されています。一方、T細胞は、単離された、刺激された(ステップ2)、および2〜5日、種類および刺激の強さのために培養されます。 CCLは、安定した低いレベルであり、TEERが最大レベルにあるときに、ステップ3において、T細胞に添加し、MBMECsと共培養しました。 TEERは、その高原のままである共培養のために、この時点を選択すると、成功のために不可欠です全体の測定。 T細胞は、電気部品への添加の時点で活性化の所望のレベルに到達するこ...
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記載されたプロトコルのいくつかのステップが成功した実験のために不可欠です。初期MBMEC単離および培養の間、仕事を真菌胞子または細菌を細胞培養物の汚染を防止するために、可能な限り無菌条件下で行われることが重要です。 ECの純粋な培養物を得るためには、41,42(特に、周皮細胞)、他の細胞型ECの生存を可能にする最初の3日間、ピューロマイシンを含有する培地を使用することは推奨されないが。特別な注目に値するもう一つの重要なステップは、前活性化T細胞を追加するための正しい時点の同定です。 TEER測定MBMECsの最初の48時間の間、透過性インサート上で増殖し、互いの間のギャップを閉じます。それは安定した低レベル(周辺で0.6μF/ cm 2で)に達するまでしたがって、CCLは減少します。これは、コンフルエントEC単層の最初の兆候であるが、まだタイトな障壁の兆候ではありません。後にのみCCLは、TEERが増加し始めるない安定したレベルに達しています。 TJ複合体が完全に形成され、EC障壁が完全に密封されている場合、TEERが最大レベルに達します。この台地は、通常、3〜5日のEC...
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I. クズマノフ、A. M. ヘルマン、S.G. ミュート、H. ヴィンドル、L. クロッツは開示するものは何もありません。H.-J. Gallaは、自動セルモニターのメーカーであるnanoAnalytics GmbHの科学顧問です。
私たちは、TEERの測定に関する有用な議論のためのアニカEngbers及びそれらの優れた技術サポートのためのフランク・クルトと博士はマーカス・シェーファー(nanoAnalytics GmbH社)に感謝しています。この作品は、ドイツ学術協会(DFG)によってサポートされていました、HWとLKへSFB1009プロジェクトA03、CRC TR128は、A08を投影します。 LKにZ1とB01 LKとHWに、臨床研究のための学際センター(ミュンスターの医学部)認可番号KL2 / 14分の2015。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| cellZscope | nanoAnalytics GmbH | www.nanoanalytics.com | に含まれるもの: 24 ウェル セル モジュール、コントローラー、cellZscope ソフトウェア v2.2.2 を搭載した PC |
| 超遠心分離機 | Thermo Scientific | www.thermoscientific.com | SORVALL RC 6+; ローター F21S-8x50y; MBMEC 単離 |
| フローサイトメーター | Beckman Coulter | www.beckmancoulter.com | T 細胞移動 |
| FlowJo7.6.5 ソフトウェア | Tree Star | www.flowjo.com | 細胞移動の分析用 |
| Oak Ridge 遠心分離チューブ、PC | サーモフィッシャーScientific | 3118-0050 | 50 ml; MBMEC アイソレーション |
| トランズウェル メンブレン インサート用 - 細孔径 0.4 & マイクロ;m | Corning | 3470 | TEER測定用メインリードアウト |
| トランズウェルメンブレンインサート - 細孔サイズ3 & マイクロ;m | Corning | 3472 | T細胞移行アッセイ前の品質管理としてTEER測定用 |
| 24ウェル細胞培養プレート | Greiner | 650 180 | 平底; MBMEC培養 |
| 用 96ウェル細胞培養プレート | Costar | 3526 | 丸底; 免疫細胞培養用 |
| QuadroMACS セパレーター | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | T細胞およびB細胞単離用; サポート樹 |
| 状細胞の分離のための | のコラムOctoMACSの分離器 | Miltenyi Biotec | 130-042-109 |
| の計数 | のための | Marienfeld | MF-0640010 |
| 細胞のこし器、70 & micro;m | Corning | 352350 | 免疫細胞単離用 |
| セルストレーナー、40 & マイクロ;m | Corning | 352340 | 免疫細胞単離 |
| 用 MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | 免疫細胞単離用 |
| MACS LS 分離カラム | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | T細胞およびB細胞単離用 |
| MACS MS分離カラム | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | 樹状細胞単離用 |
| マウスCD4 MicroBeads | Miltenyi Biotec | 130-049-201 | CD4+ T細胞分離 |
| マウスCD19 MicroBeads | Miltenyi Biotec | 130-052-201 | B細胞分離 |
| マウスCD11c MicroBeads | Miltenyi Biotec | 130-052-001 | 樹状細胞単離用 |
| コラーゲンIV型 | MBMECコーティング液用 | シグマ | C5533 |
| ブロネクチン | MBMECコーティング溶液 | プラズマ | ΣF1141-5MG |
| コラゲナーゼ2(CSL2) | MBMEC単離用 | ワージントン | LS004176 |
| コラゲナーゼ/ディスパーゼ(C / D) | ロシュ | 11097113001 | MBMEC単離 |
| DNase I | Sigma | DN25 | MBMEC単離用 |
| シ胎児血清(FBS) | シグマ | F7524 | |
| ウシ血清アルブミン (BSA) | Amresco | 0332-100G | MBMEC 分離 |
| Percoll | Sigma | P1644-1L | MBMEC 分離用 |
| DMEM (+GlutaMAX) | Gibco | 31966-021 | MBMEC 分離および MBMEC 培養培地 |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Sigma | P4333 | MBMEC 分離用 MBMEC 分離および MBMEC 培養培地 |
| リン酸緩衝液生理食塩水 (PBS) | Sigma | D8537 | MBMEC および免疫細胞単離用 |
| ヘパリン | Sigma | H3393 | MBMEC 培地用 |
| ヒト 塩基性線維芽細胞増殖因子 (bFGF) | PeproTech | 100-18B | MBMEC 培 |
| ピュロマイシン | Σ | P8833 | MBMEC 培地用 ; 最初の 3 日間のみ |
| 0.05% トリプシン-EDTA | Gibco | 25300-054 | MBMECの収穫用 |
| コラゲナーゼ IA 型 | Sigma | C9891 | 樹状細胞単離用 |
| トリパンブルー溶液、0.4% | 15250061 | 細胞計数用 | |
| EDTA | Sigma | E5134 | 免疫細胞単離用 |
| IMDM + 1% L-グルタミン | Gibco | 21980-032 | T 細胞培養培地 |
| X-VIVO 用15 | ロンザ | BE04-418Q | 光から保護します; B 細胞培養培地 |
| 用 β-メルカプトエタノール | Gibco | 31350-010 | B 細胞培養培地 |
| L-グルタミン (100x Glutamax) | Gibco | 35050-061 | B 細胞培養培地 |
| マウス MOG35—55 peptide | Biotrend | BP0328 | 抗原特異的T細胞活性化 |
| 精製抗マウスCD3 Ab | BioLegend | 100302 | クローン145-2C11;ポリクローナルT細胞活性化精製 |
| NA/LE抗マウスCD28 Ab | BD Pharmingen | 553294 | クローン37.51;ポリクローナルT細胞活性化用 |
| 換えマウスIFN-&γ; | PeproTech | 315-05 | T細胞トランスマイグレーションアッセイ |
| 組換えマウスTNF-&α; | PeproTech | 315-01A | for T-cell transmigration assays |
| NA/LE purified anti-mouse IFN-γ antibody | BD Biosciences | 554408 | clone XMG1.2; 推奨最終濃度: 20 & micro;g/ml |
| グランザイム B 阻害剤 II | カルバイオケム | 368055 | 推奨最終濃度: 10 & micro;M |
| PE抗マウスCD4抗体 | Biolegend | 116005 | クローンRM4-4;T細胞移行の解析用 |
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