このプロトコールは、末梢血単核細胞の収集、保存、融解のためのアクセス可能なガイドを提供し、フローサイトメトリーやRNAシーケンシングなどのダウンストリーム分析やワークフローに適しています。プラズマとバフィーコートのコレクションも実演されます。
方法論記事
このプロトコールは、末梢血単核細胞の収集、保存、融解のためのアクセス可能なガイドを提供し、フローサイトメトリーやRNAシーケンシングなどのダウンストリーム分析やワークフローに適しています。プラズマとバフィーコートのコレクションも実演されます。
末梢血単核細胞(PBMC)は、免疫系とその疾患や病原体に対する応答に関する生物医学研究で一般的に使用されています。この詳細なプロトコルでは、フローサイトメトリーやRNAシーケンシングなどのダウンストリームアプリケーションに適した全血細胞から高品質で生存率の高いPBMCを分離、凍結保存、解凍するための機器、消耗品、および手順について説明します。全血からの血漿およびバフィーコートをPBMCと並行して同時に処理するためのプロトコルについても説明します。密度勾配遠心分離法を利用してPBMCを単離するこのわかりやすいステップバイステップのプロトコルには、消耗品、機器、および調製手順のチェックリストが付属しています。このプロトコルは、実験室技術の経験がある個人に適しており、臨床検査室または研究検査室で実施できます。高品質の細胞生存率とRNAシーケンシングは、このプロトコルを使用した実験室の経験がないオペレーターによって収集されたPBMCから得られました。
このプロトコルは、全血から末梢血単核細胞(PBMC)を単離するためのアクセス可能な方法とワークフローを示しています。このプロトコルは、特に初心者の研究技術者、学生、臨床検査スタッフを対象としており、実験室技術の事前トレーニングを前提とせずにPBMCの収集と凍結保存を促進することを目的としています。
このプロトコルは、遠心分離を利用して全血の成分を密度で分離します。全血は、密度の小さい順にリストされた4つの主要な成分で構成されています:赤血球/赤血球(体積の~45%)、白血球(体積の<1%)、血小板(体積の<1%)、および血漿(体積の~55%)1,2,3,4,5,6。白血球は、その核の特性に基づいて、丸型または多核型の2つのカテゴリーに細分化できます6。PBMCは、丸い核を持つ白血球として定義され、リンパ球(T細胞、B細胞、NK細胞)、樹状細胞、および単球6の細胞タイプで構成されています。多核白血球には、好中球、好塩基球、好酸球6の細胞タイプからなる顆粒球が含まれます。多核白血球はPBMCよりも密度が高い6。全血の各成分の密度を表1に詳述します。
このプロトコルでは、全血を密度勾配遠心分離チューブに収集します。これらのチューブには、密度が 1.077 g/mL の密度グラジエント培地があらかじめ充填されています。遠心分離後、多核白血球および赤血球を含むより密度の高い細胞は、密度勾配培地によってPBMCおよび血小板から分離されます(図1A)6,7。次に、PBMCと血小板画分を収集、洗浄、遠心分離して血小板を除去します。得られた精製PBMCは、-80°Cまたは液体窒素で収集および保存されます。凍結保存されたPBMCは、生存可能な解凍を行い、ダウンストリーム分析で直接使用することも、特定の構成細胞タイプを単離するために追加処理することもできます。
このプロトコルは、生存率の高いPBMCからの高品質RNAシーケンシングに最適化されています。この記事では、PBMCを外来診療所の患者から分離し、凍結保存しました。その後、単球をFACSによってPBMCから単離し、RNAシーケンシングを介して分析しました。しかし、このプロトコルは、細胞培養、遺伝子編集、ex-vivo機能研究、シングルセル分析、フローサイトメトリーによる表現型決定、または飛行時間によるサイトメトリー、DNA/RNAまたはタンパク質の単離、免疫組織化学のスライドなど、他の実験ニーズに広く適応させることができます8,9,10,11,12,13,14,15、16、17、18。
密度勾配遠心分離チューブからのPBMC収集に加えて、このプロトコルでは、EDTAチューブを使用した遠心分離による血漿およびバフィーコートの収集方法を確認します。遠心分離後、全血は血漿、赤血球、および白血球を含むバフィーコートと呼ばれる薄い界面層に分離されます(図1B)6。バフィーコートは、DNA抽出およびその後のゲノム解析に一般的に使用される19,20。血漿層は全血の無細胞成分を含み、バイオマーカーアッセイ21,22に使用することができる。
この研究プロトコルは、UCSDおよびKUMCのHuman Protections Programによって承認され、ヘルシンキ宣言に準拠しています。すべての個人は、参加と採血についてインフォームドコンセントを提供しました。
1. PBMCの作製・凍結保存
2. EDTAチューブからのプラズマおよびバフィーコートの加工
3.PBMCの解凍
4. 細胞のカウントと生存率
PBMCの収集と凍結保存に続いて、56のユニークなサンプルからの解凍したPBMC、単球、およびリンパ球の生存率を、製造元の指示に従って表4にリストされている試薬を使用してフローサイトメトリーによって評価しました(図2A-F)。PBMC、単球、およびリンパ球の平均±SD生存率は、それぞれ94 ± 4.0%、98 ± 1.1%、および93 ± 5.6%でした(図2G)。トリパンブルー排除による生存率の測定により、平均生存率は88 ± 7.5%、細胞数は2.3 x 106 ± 1.9 x 106でした。フローサイトメトリー解析では、生単球が全PBMCの17±5.9%、リンパ球が53±13.0%で構成されていることも示されました。
続いて、59のユニークなサンプルから解凍したPBMCから単球をフローサイトメトリーで選別し、他の場所で説明したように、ライブラリ調製およびRNAシーケンシングのために提出した24。平均 ± SD 総配列数は 18.0 ± 1,630 万で、リードアラインメントは 93 ± 6.3%、GC 含量は 49.6 ± 1.4% でした(図 3A-B)。56 個のユニークなサンプルのサブセットで、SD ±一意にマッピングされたリードの割合は 88 ± 3.6% の平均が見つかりました。これらのパラメータは、このプロトコルを使用して、あらゆるレベルのラボトレーニングを受けたオペレーターが、高品質のRNAシーケンシングを含むダウンストリームアプリケーションに適した非常に生存性の高いPBMCを取得できることを示しています。
| コンポーネント | 密度 | 引用 |
| プラズマ | 1.022 g/mL から 1.026 g/mL | 1 |
| 血小板 | <1.061 g/mL から >1.070 g/mL | 2 |
| PBMC | <1.077 g/mL | 6 |
| 低密度好中球* | <1.077 g/mL | 3 |
| 顆粒球(好中球*、好塩基球、好酸球) | >1.077 g/mL | 6 |
| 赤血球 | 1.11 g/mL | 4 |
表1:全血の成分は、密度の減少順にリストされています。
| Reagant/材料 | 量(CPTチューブ6本、EDTAチューブ1本あたり) | 先端 | コーションステートメント | ||||||
| CPTチューブ | 6 | 患者またはサンプルのIDに従ってラベルを付けます。 | |||||||
| EDTAチューブ | 1 | 患者またはサンプルのIDに従ってラベルを付けます。 | |||||||
| 50 mLコニカルチューブ | 2 | 患者またはサンプルのIDに加えて、PBMC用に1本、老廃物用に1本のチューブをラベル付けします。 | |||||||
| クライオバイアル | 39 | PBMCのラベル30、EDTAプラズマのラベル8、バフィーコートのラベル1。すべてのクライオバイアルを使用できるわけではありません。 | |||||||
| フロスティ氏 | 2 | 中間点までイソプロパノールを充填し、-20°Cで一晩予冷します。 | イソプロパノールは可燃性の刺激物です。火花や炎に近づけないでください。吸入を避け、手袋をはめて取り扱い、注意してください。 | ||||||
| フラボピリドール | 100 μL の 1000X ストック | 1000Xフラボピリドールストックを調製するには、5 mgのフラボピリドールを1.14 mLのDMSOに10 mMの濃度で懸濁します。200μLを個々の容器に分注し、凍結します。使用するには、個々のアリコートを解凍し、DNase/RNaseフリー蒸留水で1:10に希釈してから、1000X溶液として使用します。 | フラボピリドールは刺激物です。手袋をはめてお手入れしてください。 | ||||||
| ソリューション 1 | 50ミリリットル | RPMIミディアム。 50 mLの原液を作るには、50 mLのRPMI Mediumを使用します。 | |||||||
| ソリューション 2 | 15ミリリットル | RPMI培地+ 12.5%ヒト血清アルブミン+ 1μMフラボピリドール。 50 mLのストック溶液を調製するには、25 mL RPMI培地 + 25 mLヒト血清アルブミン + 50 μL 1000X Flavopiridolを使用します。 | フラボピリドールは刺激物です。手袋をはめてお手入れしてください。 | ||||||
| ソリューション 3 | 15ミリリットル | RPMI培地+ 11.25%ヒト血清アルブミン+ 1μMフラボピリドール+ 10%DMSO。 50 mLの原液を調製するには、22.5 mL RPMI培地 + 22.5 mL HSA + 5 mL DMSO + 50 μL 1000X Flavopiridolを使用します。 | フラボピリドールは刺激性があり、DMSOは有毒であり、皮膚から容易に吸収されます。手袋をはめてお手入れしてください。 | ||||||
表2:PBMCの収集と凍結保存のために準備および標識するための試薬と材料のチェックリスト。
| Reagant/材料 | 量(冷凍PBMC1アリコートあたり) | 先端 | コーションステートメント | |
| ソリューション 4 | 10ミリリットル | PBS + 2 mM EDTA 50 mLの原液を調製するには、5 mL 10X PBS + 200 μL 0.5M EDTA + 44.8 mL DNase/RNaseフリー蒸留水を使用します | ||
| 50 mLコニカルチューブ | 3 | 患者またはサンプルのIDに加えて、プレストレインPBMC用に1本、ポストストレインPBMC用に1本、廃棄物用に1本のチューブをラベル付けします。染色済みPBMC用にラベルが貼られたチューブに、凍結PBMC1 mLあたり4 mLの溶液9 mLを満たします | ||
| 1.5mLチューブ | 1 | 細胞計数用;患者IDまたはサンプルIDのラベル | ||
| 0.4%トリパンブルー溶液 | 20μL | 細胞計数用;前日に1.5mLチューブに事前に追加することができます。 | トリパンブルーは発がん性物質です。手袋をはめてお手入れしてください。 | |
表3:PBMCの解凍とカウントのために準備および標識するための試薬と材料のチェックリスト。
| 試薬・材料 | 量(100万セルあたり) |
| ライブデッドステイン | 5 μL |
| ヒューマントラスト FcX | 5 μL |
| CD3抗体 | 5 μL |
| CD19 抗体 | 5 μL |
| CD56 抗体 | 5 μL |
| CD66b 抗体 | 5 μL |
| HLA-DR 抗体 | 5 μL |
| CD14 抗体 | 5 μL |
| CD16 抗体 | 2.5 μL |
| RNAシン | ユニット : 100 |
表4:フローサイトメトリーによるPBMCからの単球の単離のための試薬の表。

図1:密度勾配遠心分離法またはEDTAチューブでの遠心分離によって分離された全血成分。 (A)密度勾配遠心チューブで全血を遠心分離すると、密度勾配培地より上の血漿、血小板、およびPBMCが分離され、密度勾配培地より下に多核細胞および赤血球が分離されます。(B)EDTAチューブで全血を遠心分離すると、最上層の血漿、最下層の赤血球、および界面のバフィーコートが分離されます。Biorender.com で作成。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:融解した凍結保存されたPBMCの生存率は、生/死フロー染色とフローサイトメトリーによって評価されました。 (A)アスタリスク*で示される破片は、前方散乱ゲートおよび側方散乱ゲートによってPBMCから除外されます。(B)全PBMCの代表的な生/死分析 (C)汎単球は、次のFITC標識表面抗原に対してHLA-DR陽性および陰性としてゲートされます:CD3、CD19、CD56、およびCD66b。(E)次のFITC標識表面抗原によってゲーティングされたリンパ球:CD3、CD19、CD56、およびCD 66b。(G)56サンプルから定量化された各細胞タイプの生存率。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:凍結保存されたPBMCから選別した単球のRNAシーケンシング品質 56のユニークなサンプルをシーケンシングし、平均±SD 18.0±1,630万の総シーケンスを生成しました。(A)アラインメントは高く、配列の92.5%±6.3%がリファレンスゲノムと一致していました。(B)これらの配列のGC含量は49.6±1.4%であった。FastQC25で作成。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
補足ビデオ1:遠心分離機の使用方法のデモンストレーション このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
補足ビデオ2:マルチディスペンサーピペットの操作方法のデモンストレーション。このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
PBMCの収集と凍結保存のためのこのプロトコルは、事前の研究室でのトレーニングの有無にかかわらず、個人によって成功裏に実施されています。私たちのアプリケーションでは、保存されたPBMCから精製された生存率の高い単球のFACSおよびRNAシーケンシングにより、高品質のシーケンシングが得られました。
このプロトコルの大きな強みは、そのアクセシビリティです。プロトコルで提示される技術は、固体密度勾配媒体で事前にパックされたチューブを利用します。その結果、全血を直接チューブに採取し、すぐに処理してPBMCを分離することができます。必要な既製の溶液と特殊な機器の数は比較的少なく、試薬を調製できる研究室と、サンプルを収集して処理する臨床研究室との間の協力が容易になります。文書化されたプロトコルとビデオプロトコルは、あらゆるレベルのトレーニングのオペレーターを対象としています。
このプロトコルは、新鮮な全血を利用してPBMCを単離するため、比較的高い期待収率と>90%の純度を持っていますが、>98%26,27という非常に高い純度を必要とするアプリケーションには適していない可能性があります。さらに、密度勾配遠心分離チューブは、特に多数のサンプルを収集する必要がある場合、入手に費用がかかる可能性があります。
PBMC収集の代替方法には、液体密度勾配媒体の使用または免疫磁気枯渇28,29が含まれる。簡単に言うと、前者は、ヘパリン処理された全血の下に既製の密度勾配培地を重ね、続いて遠心分離を行うことです。後者は、磁気タグ付き抗体を利用して非PBMCを標識し、非PBMCは磁気カラムに保持され、標識されていないPBMCは影響を受けずに通過します。
提示されたプロトコルと比較して、液体密度勾配媒体の使用は、密度勾配遠心分離管がないため、より安価であり、はるかに少ない材料を必要とします。PBMC単離は、標準的な50mLチューブ8で行うことができます。ただし、この手法はより精巧で、処理時間が長くなり、ユーザーエラーのリスクが高くなる可能性があります。ヘパリンは、過希釈を避けるために正確に添加する必要があり、密度勾配培地は、良好なPBMC分離を確保するために正しい量で慎重に層状にする必要があります26。
提示されたプロトコルと比較して、免疫磁気枯渇の使用は、より高い収率および純度を提供し、遠心分離の欠如による取り扱いの減少、より速い処理時間、およびはるかに少ない材料30,31,32を必要とする。ただし、主な欠点は、この方法が、特に大規模に説明されている3つの方法の中で最もコストがかかることです。
このプロトコルは堅牢ですが、特定の重要な手順には追加の注意が必要な場合があります。プロトコール全体を通して、特に複数の患者や症状を同時に扱う場合は、サンプルが混合されず、適切にラベル付けされたチューブに入れられるようにしてください。ステップ 1.4 では、PBMC が廃棄されていないことを確認します。過剰な血漿はPBMCの濃度を低下させるだけであり、サンプルの生存率と品質を維持する上で重要性は低くなります。これとは別に、収集されたPBMCに沈殿物が存在することは、密度勾配媒体の断片が取り除かれたことを示唆しています。この問題を防ぐために、ステップ1.5でより穏やかにピペットを動かします。ステップ1.10および3.6では、遠心分離した細胞ペレットが廃棄されていないことを確認します。ステップ1.12と3.3では、溶液3には室温33の細胞に毒性のあるDMSOが含まれているため、迅速な作業が重要です。また、PBMCは-80°Cでの保存よりも液体窒素での保存が推奨されることに注意することも重要です。 -80°Cでの長期保存は、細胞生存率の低下と遺伝子発現の変化と関連しています34,35。
このプロトコルは、実験的なニーズに応じて適応させることができます。溶液2および3へのRNAポリメラーゼおよびmRNA合成の阻害剤であるフラボピリドールの添加は、RNAシーケンシング36による取り扱いおよびストレス誘発アーチファクトを防止することを意図している。ただし、PBMCを利用した機能的または ex vivo 研究が必要な場合は、フラボピリドールを省略できます。.
EDTAチューブから採取された血漿は、キレート剤であるEDTAで汚染されます。その結果、EDTA血漿は、凝固またはカルシウムイオン37,38を含むアッセイには適していません。必要に応じて、遠心分離後の密度勾配培地チューブ内のプラズマ層をステップ1.4で収集できます。これらのチューブには、抗凝固剤としてヘパリンナトリウムが含まれており、ヘパリナーゼ39を添加することで除去できます。特に、ヘパリンは逆転写酵素およびPCR増幅を阻害し、ヘパリン遮断剤を添加しないと、採取した血漿をPCR実験に不適当にする40。
EDTAチューブから回収されたバフィーコートは、DMSOまたはフラボピリドールを含む溶液には保存されません。DMSOは、氷の結晶形成と細胞死を減少させるのに重要である41。フラボピリドールは、RNA合成の阻害に重要である36。したがって、バフィーコートは ex vivo およびトランスクリプトーム分析には適していません。所望であれば、細胞生存率を最大化し、RNA合成を阻害するために、採取したバフィーコートを用いてステップ1.6〜1.15を行うことができる。
このプロトコルはRNAシーケンシング用に設計されましたが、このプロトコルを使用して収集および凍結保存されたPBMCの追加の潜在的なアプリケーションには、細胞培養、遺伝子編集、ex-vivo機能研究、シングルセル分析、フローサイトメトリーによる表現型または飛行時間によるサイトメトリー、DNA/RNAまたはタンパク質の単離、免疫組織化学のスライドなどがあります。
著者らは、開示すべき関連する金銭的または非金銭的な利害関係を持っていません。
ボランティアで同意してくださった患者様、時間をお過ごしいただき、血液サンプルの提供にご協力いただいたことに感謝いたします。また、カンザス大学医療センターのPatrick Moriarty博士、Julie-Ann Dutton博士、Mark McClellen氏には、協力してこのプロトコルを遠隔地で実施してくださったことに感謝いたします。CYは、NIHの助成金1K08HL150271から研究支援を受けています。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1000 &マイクロ;L ヒント | ギルソン | F174501 | PBMC/プラズマ/バフィー コート コレクション |
| 15 mL チューブ | Biopioneeer | CNT-15 | を保持するには ソリューション 2/3 PBMC/プラズマ/バフィー コート コレクション |
| 2 mL クライオバイアル | サイエンティフィック | 3012 | の患者/治療条件ごとに 2 つ必要ですPBMC/Plasma/Buffy Coat Collection 20 & micro の患者/治療条件ごとに約 40 個のクライオバイアルが必要です |
| 。L Tips | Gilson | F174201 | For use in cell counting; amount is depends depending of cell counting used. 1 mL of unpooled frozen PBMCs to be defrosted |
| 50 mL Conical Tube | CEM Corporation | 50-187-7683 | needed per patient/treatment condition for PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection 3 needed per 1 mL of unpooled frozen PBMCs to be defrosted |
| CD14 Antibody | Biolegend | 325621 | |
| CD16 | バイオレジェンド | 360723 | |
| CD19 | バイオレジェンド | 363007 | |
| CD3抗体 | バイオレジェンド | 300405 | |
| CD56 | バイオレジェンド | 318303 | |
| CD66b抗体 | バイオレジェンド | 305103 | |
| 細胞ストレーナーBiopioneeer | DGN258367 | 解凍するには、プールされていない凍結PBMCの1mLあたり1本必要 | |
| CPT単核細胞調製チューブ | BDバイオサイエンス | 362753 | PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection |
| クライオフリーザーボックス | サザンラボウェア | SB2CC-81 | 81本のチューブを収納 PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection |
| クライオチューブラック | フィッシャーブランド | 05-669-45 | オバイアルを最大50個まで保持 |
| DMSO | Invitrogen | 15575020 | PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection |
| DNase/RNase-Free Distilled Water | Invitrogen | 10977015 | 患者/治療条件ごとに約2 mLが必要 PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection 解凍 |
| する冷凍PBMCの1 mLあたり約9 mLが必要EDTAチューブ | BDバイオサイエンス | 366643 | PBMC/血漿/バフィーコートコレクション |
| フラボピリドール | シグマ・アルドリッチ | F3055-5MG | |
| HLA-DR抗体 | バイオレジェンド | 307609 | |
| ヒト血清アルブミン | ジェミニバイオ | 800-120 | PBMC/プラズマ/バフィーコートコレクションの患者または治療条件ごとに約25mLが必要 |
| Human Trustain FcX | Biolegend | 422301 | |
| Isopropanol | Sigma-Aldrich | W292912-1KG-K | Mr. Frosty |
| で使用する ラベルプリンター | Phomemo | M110-WH | |
| Live-Dead Stain | Biolegend | 423105 | |
| Mr. Frosty | Thermo Scientific | 5100-0001 | 最大18本のチューブを保持します. 2 Mr. Frostys PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection |
| Multidispense Pipette | Brandtech 705110 | ||
| Multidispense Pipette Tips | Brandtech | 705744 | PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection |
| P1000 Pipette | Gilson | F144059M | |
| の患者/治療条件ごとに必要な約3つのヒントP20 ピペット | ギルソン | F144056M | 細胞計数に使用します。必要な量は、使用する細胞計数方法によって異なります。 |
| プリンターラベル | Phomemo | PM-M110-3020 | PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection 解凍するには、プールされていない凍結PBMCsの1 mLあたり約5枚のラベルが必要 |
| RNase-Free EDTA (0.5 M) | Invitrogen | AM9260G | 約40 & micro;解凍するには、冷凍PBMCの1 mLあたりに必要なL |
| RNase-Free PBS(10X)、 | Invitrogen | AM9625 | する冷凍PBMCの1 mLあたり約1 mLが必要、 |
| RNasin | Promega | N2111 | |
| RPMI | Corning | 10-040-CV | PBMC/Plasma/Buffy Coat Collection、Transfer Pipettes、Fisherbrandの患者または治療条件ごとに約80mLが必要 |
| 13-711-7M | PBMC/血漿/バフィーコートコレクションチューブホルダーの患者/治療条件ごとに約5個必要 | ||
| エンディコット・シーモア | 14-781-15 | 最大80本のCPT/EDTAチューブを保持 |
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