ソース: ムニエシルヴァン1,2,3, パーチェットティボー1,2,3, ソフィー・ノヴォールト 4, レイチェル・ゴルブ1,2,3
リンパポイシスのための1ユニット、免疫学科、パスツール研究所、パリ、フランス
2 INSERM U1223, パリ, フランス
3ユニバーシテ パリ ディデロ, ソルボンヌ パリ シテ, セルレ パストゥール, パリ, フランス
4フローサイトメトリープラットから, サイトメトリーとバイオマーカー UtechS, 翻訳科学センター, パスツール研究所, パリ, フランス
病原体に対する防御は、免疫系による監視に依存する。このシステムは複雑で、多くのセルタイプで構成され、それぞれが特定の機能を持ちます。この複雑な組成物は、病原体および傷害の大きな多様性に対する免疫応答を可能にする。適応免疫は、特定の病原体に対する特定の応答を可能にします。このタイプの免疫を担う細胞の大半はリンパ球(B細胞およびT細胞)である。通常、B細胞は細胞外感染(細菌感染など)に反応し、T細胞は細胞内感染(ウイルス感染など)に反応する。リンパ球集団における細胞の異なるタイプは、それらが発現する細胞表面タンパク質の組み合わせおよび/または分泌されたサイトカインのパネルによって特徴付けることができる。
磁気ソートは、1つまたは複数の細胞表面タンパク質の磁気特性および発現を使用して標的細胞集団の濃縮を可能にする(1、2)。この手法は、3 つの手順で構成されます。まず、細胞は、1つまたは複数のモノクローナル特異的抗体と結合された磁気ビーズでインキュベートされる。これらの抗体に結合する表面タンパク質を発現する細胞は、磁気ビーズに付着する。次に、標的細胞集団を磁石で捕捉する。最後に、標的細胞は磁石からeledされます。最後に、2つの選別産物が得られ、1つは標識されていない細胞を含み、もう1つは磁気ビーズと結合した標的細胞を含む。カラムは、磁気ソートの効率を向上させるために使用することができます。列では、非磁性要素は、列を通るセルのパスを長くします。したがって、細胞の流れが遅くなり、磁石による細胞捕捉が容易になります。
図1:磁気分離の概略図。胸腺白血病は、抗CD3ビオチン化抗体で染色される。洗浄後、ストレプトアビジン(SAV)結合ビーズは、抗CD3抗体上のビオチンを特異的に固定する。(1) セルは列内で転送されます。(2) 磁石は標識されていない細胞を保持せず、CD3陽性細胞はカラムに残ります。最後に、カラムを磁石から分離し、(3)CD3陽性細胞を培地中でelqする。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
磁気選別には2種類あります(3)。正の選別では、目的の細胞を磁気ビーズで捕捉します。負の選別では、適切な抗体を運ぶ磁気ビーズで捕捉することにより不要な細胞を除去する。このMACS技術は、標的細胞の良好な濃縮を可能にし、臓器内の1-20%から60-98%に回収された細胞の割合を改善します。ソート後、細胞の純度を確認し、異なる方法(例えばフローサイトメトリー)でソートする必要があります。MACS技術は、細胞培養や細胞周期解析などの他の実験の標的集団を豊かにするのに理想的です。
このラボでは、胸腺白血病を単離し、その後、磁気細胞選別技術を用いて、胸腺CD3陽性細胞をミックスから濃縮する方法を示す。
1. 準備
2. 解剖
3. 免疫細胞分離
4. 免疫細胞の磁気標識
ミックス | ラベリング試薬 | 希釈 |
1 | 抗CD3ビオチン化抗体 | 1/400 (HBSS 2% FCS内) |
2 | ストレプトアビジン結合ビーズ | 1/5 (HBSS 2% FCS内) |
3 | アンチCD3 BV421 | 1/200 (HBSS 2% FCS内) |
表1:抗体混合組成物。ミックス1と2は磁気分離に使用されます。ミックス3は、磁気分離後の細胞濃縮を評価するために使用される。
5. CD3陽性細胞の磁気分離
6. フローサイトメトリーによる標的細胞濃縮の評価
7. データ分析
磁気活性化細胞選別(MACS)は、研究者が表面に発現する特定のエピトープに基づいて細胞を分離することを可能にする技術です。
プロセスは、通常、胸腺などの器官または組織の抽出から始まる。次いで、細胞は機械的に分離され、通常は破砕によって、組織が単一細胞に解離されるまでである。不要な細胞は、化学物質の添加を介して、この段階で除去することができます。例えば、塩化アンモニウム-カリウム、またはACKバッファーは、不要な赤血球をlyseseに使用することができる。
次に、ビオチンと呼ばれる分子に結合した抗体を懸濁液に加え、これらの複合体が標的細胞の表面のエピトープに結合する。ビオチンは、ストレプトアビジンと呼ばれる別の分子に対して高い親和性を有する。次のステップでは、磁気ビーズに融合したストレプトアビジン分子を抗体標識細胞に添加する。ビオチンとストレプトアビジンが接触すると、それらはしっかりと結合します。その結果、目的の細胞は磁気ビーズでコーティングされます。この複合体は、サンドイッチと呼ばれることもあります。この場合、底部の細胞膜上のCD3は、次いで抗CD3をビオチンに結合し、最後に、ストレプトアビジンを磁気ビーズに結合させた。
これらの標識された細胞は、重力によって助けられ、細胞が磁石によってゆっくりと通過することを可能にするマトリックスを含む列に置くことができるようになりました。そうすると、磁気ビーズ標識細胞は磁石に最も近いチューブの端に付着し、非標識された細胞は下のコレクションチューブに続きます。次に、標識された細胞は、磁石を取り除き、溶出液を加え、プランジャーで穏やかな圧力をかけてカラムから新鮮な回収管に流し込むだけで、カラムから取り除くことができます。最終的に、このプロセスは、対象の細胞の60~98%の検索を可能にします。
この手順では、マウスから胸腺白血球を分離し、MACSを使用してCD3陽性T細胞を選別し、FACSを用いたソートの効率を確認する。
まず、ラボコートや手袋を含む適切な保護具を着用してください。次に、解剖はさみと鉗子を70%のエタノールで洗い、きれいなペーパータオルで乾かします。次に、4ミリリットルのFCSと196ミリリットルのHBSSを混合することにより、200ミリリットルのHBSS 2%胎児子牛血清、またはFCSを調製する。
解剖プレート上のスピネの位置に安楽死マウスをピン留めします。はさみと鉗子を使用して、胸腔にアクセスするために縦腹腔切り目を行う。まず、心臓の上に位置する胸腺へのアクセスを得るために心臓を削除します。次に、2つの白い葉で構成される胸腺を識別します。鉗子を使用して、慎重に胸腺を取り外し、HBSS 2%FCSの5ミリリットルでペトリ皿の上に置きます。
免疫細胞を単離するには、まずペトリ皿の40マイクロメートルの細胞ストレーナーに胸腺を置きます。プランジャーでティッシュをつぶし、皿に解離します。この後、HBSS 2%FCSでプランジャーとストレーナーをすすいで、付着した細胞を回収します。次いで、解離された胸腺細胞および流体をペトリ皿から15ミリリットル遠心管にピペットする。5ミリリットルのHBSS 2%FCSでペトリ皿を洗い、この洗浄液を15ミリリットル遠心管に移します。
次に、20°Cで7分間、370回gでチューブを遠心分離します。上清を廃棄し、赤血球をlysesesASASAの2ミリリットルでペレットを再懸濁する。ベンチトップの室温で2分間インキュベートします。次に、HBSS 2% FCSで14ミリリットルにボリュームを持って来ます。20°Cで7分間、370回gでチューブを遠心分離します。次いで、上清を廃棄し、HBSS 2%FCSの5ミリリットルで細胞を再懸濁する。
Bリンパ球のFACS単離のためのプロトコルに示すようにマラセススライドを使用して細胞濃度を推定し、HBSS 2%FCSで1ミリリットル当たり10~7番目の細胞に細胞濃度を調整します。
500マイクロリットルのセル溶液を2つのFACSチューブに転送します。1つのチューブ非濃縮T細胞と他のチューブ濃縮T細胞に標識し、磁気標識を使用して分離するT細胞を濃縮する。
濃縮されたT細胞チューブを370倍gで遠心分離し、摂氏20度で3分間使用します。上清を廃棄し、250マイクロリットルのビオチン結合抗CD3抗体でペレットを再懸濁し、HBSS 2%FCSで400分の1を希釈した。氷の上と暗闇の中で20分間細胞をインキュベートします。チューブにHBSS 2%FCSの3ミリリットルを追加し、20°Cで3分間370回gで再度遠心分離します。上清を廃棄し、HBSS 2%FCSで5分の1を希釈したストレプトアビジン結合ビーズの250マイクロリットルでペレットを再懸濁する。細胞とビーズの混合物を氷上で20分間インキュベートします。次に、HBSS 2%FCSの3ミリリットルをチューブに加え、上下にピペットを混ぜ合わせ、20°Cで3分間370回gで遠心分離機を再び加えます。HBSS 2% FCSの2ミリリットルでペレットを再中断します。
磁石の上にカラムを置き、HBSS 2%FCSの3ミリリットルを加えてシステムを加湿させます。次いで、染色された細胞を柱にピペットする。セルサスペンションがカラムを通過した後、HBSS 2%FCSの3ミリリットルでカラムを3回洗浄します。次に、磁石からカラムを取り出し、15ミリリットルのチューブに入れます。標的細胞を溶出させるには、HBSS 2%FCSの5ミリリットルをカラムに追加し、カラムをプランジャーで洗い流します。HBSS 2% FCS の別の 5 ミリリットルでこの手順を繰り返します。
標的細胞単離の有効性を評価するために、まず500マイクロリットルのeluted細胞懸濁液をFACSチューブに移し、濃縮T細胞に標識する。次いで、濃縮チューブと非濃縮チューブの両方を370回gで20°Cで7分間遠心分離する。上清を廃棄し、次いで200分の1の蛍光抗体をHBSS2%FCSで200マイクロリットルの両管に添加する。氷の上と暗闇の中で20分間細胞をインキュベートします。次に、HBSS 2%FCSの3ミリリットルをチューブに加え、20°Cで3分間370回gで遠心分離します。上清を廃棄し、250マイクロリットルのHBSS 2%FCSでペレットを再懸濁させる。ここで、FACS プロトコルに示すようにフローサイトメトリーを使用して CD3 陽性細胞濃縮率を評価します。
次に、マウス胸腺から単離したすべての胸腺細胞の中でCD3陽性リンパ球の頻度を決定する。開始するには、FlowJo アイコンをダブルクリックし、すべてのサンプル ウィンドウで各チューブのファイルをドラッグします。次に、濃縮された T セル ファイルをダブルクリックして、そのサンプルから記録されたセルをドット プロットに表示し、X 軸上の前方散布図、FSCA、およびサイド スキャッタ(SSCA)を Y 軸に表示します。
ポリゴンをクリックしてリンパ球集団を円で囲みます。次に、円で囲まれた人口をダブルクリックして新しいウィンドウを作成します。Y 軸で FSC-W を選択し、X 軸で FSC-A を選択し、FSA-W 負のセルを丸で囲みます。サブ母集団識別ウィンドウで、セルの母集団に単一セルという名前を付けます。次に、サブ母集団識別ウィンドウで [OK] をクリックし、円で囲まれた母集団をダブルクリックして新しいウィンドウを作成します。Y 軸で CD3 を選択し、CD3 陽性セルを丸で囲みます。サブ母集団識別ウィンドウで、セル母集団に T セルに名前を付けます。非エンリッチト T セル ファイルを繰り返します。セルの母集団を視覚化するには、[レイアウト エディタ] をクリックし、エンリッチされた T セルファイルと非エンリッチ T セル ファイルから T セルの母集団をタブにドラッグします。
CD3陽性リンパ球を表すドットプロットが現れる。CD3陽性細胞は、CD3陽性濃縮チューブ内の対象の集団にのみ現れるべきである。ソートされた細胞におけるCD3陽性リンパ球の濃縮を評価するには、テーブルエディタをクリックし、濃縮されたT細胞および非濃縮T細胞ファイルからT細胞母集団をテーブルにドラッグします。統計メニューで、[リンパ球細胞の頻度]を選択して、すべてのリンパ球におけるCD3陽性細胞の割合を確認します。次に、[テーブルの作成] をクリックします。パラメータ値が新しいテーブルに表示されます。濃縮されたT細胞の場合、CD3陽性細胞の頻度は約80%以上である必要があります。
このプロトコルでは、CD3陽性細胞を磁気細胞選別を用いて胸腺白血病から濃縮した(図1)。磁気細胞濃縮CD3陽性細胞の前に、全胸腺細胞の53.6%を占めた(図2、トップパネル)。磁気細胞濃縮後、CD3陽性細胞の割合は95%に増加した(図2、下パネル)。したがって、MACSは、細胞懸濁液混合物から所望の細胞集団を濃縮するための、シンプルで迅速かつ効率的な細胞濃縮技術である。
図2:ゲーティング戦略と純度検定ソート。細胞はまず形態に基づいてゲートされ(左:FSC-A、SSC-A)、次に細胞はCD3に対してプロットされる(右:CD3、SSC-A)。トップパネルは、細胞濃縮前の胸腺細胞懸濁液を表す。下部パネルは、磁気細胞選別後の胸腺細胞懸濁液を表す。この図のより大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
磁気分離技術は、標的細胞集団を容易かつ迅速にソートする一般的な方法です。T細胞特異的抗体と磁気ビーズを用いて、試料中のT細胞周波数を濃縮した。実験終了時の純度率は、初期細胞懸濁液中の標的細胞の割合に依存する。磁気細胞選別後に得られた細胞は、細胞移動や細胞周期解析などの様々な目的に使用することができる。フローサイトメトリーを用いて、細胞を濃縮する別のソート方法を使用することができる。この技術の収量は、セルのソート後に非常に高い純度率を有するが、それはより多くのステップを必要とし、より多くの時間がかかる。
Magnetic-activated cell sorting, or MACS, is a technique that allows researchers to separate cells based on specific epitopes expressed on their surfaces.
The process typically begins with extraction of an organ or tissue, such as the thymus. Then, the cells are mechanically separated, usually by crushing, until the tissue is dissociated into single cells. Unwanted cells can be removed at this stage via the addition of chemicals. For example, ammonium-chloride-potassium, or ACK buffer, can be used to lyse unwanted erythrocytes.
Next, an antibody conjugated to a molecule called biotin is added to the suspension, and these complexes bind to the epitopes of the surface of the target cells. Biotin has a high affinity for another molecule called streptavidin. In the next step, streptavidin molecules fused to magnetic beads are added to the antibody labeled cells. When the biotin and streptavidin come into contact, they tightly bind. The result is that the cells of interest are coated with magnetic beads. This complex is sometimes referred to as a sandwich. In this case, CD3 on the cell membrane on the bottom, then anti-CD3 conjugated to biotin, and finally, streptavidin conjugated to magnetic beads.
These labeled cells can now be placed into a column containing a matrix which, assisted by gravity, allows the cells to pass slowly by a magnet. As they do so, the magnetic bead-labeled cells will stick to the edge of the tube nearest the magnet, while the non-labeled cells will continue on into a collection tube below. Next, the labeled cells can be removed from the column by simply removing the magnet, adding an eluent solution, and applying gentle pressure with a plunger to flush them out of the column and into a fresh collection tube. Ultimately, this process allows for 60 to 98% retrieval of the cells of interest.
In this procedure, we will isolate thymic leukocytes from a mouse and use MACS to sort out CD3-positive T-cells before confirming the efficiency of sorting using FACS.
To begin, put on any appropriate protective equipment including a lab coat and gloves. Next, wash a pair of dissecting scissors and forceps with 70% ethanol and dry them with a clean paper towel. Then prepare 200 milliliters of HBSS 2% fetal calf serum, or FCS, by mixing four milliliters of FCS with 196 milliliters of HBSS.
Pin a euthanized mouse in a supine position on a dissection plate. Using scissors and forceps, perform a longitudinal laparotomy to access the chest cavity. First, remove the heart to gain access to the thymus, which is located above the heart. Then identify the thymus, which is composed of two white lobes. Using forceps, carefully detach the thymus and place it on a Petri dish with five milliliters of HBSS 2% FCS.
To isolate the immune cells, first place the thymus on a 40 micrometer cell strainer in the Petri dish. Crush the tissue with a plunger to dissociate it into the dish. After this, rinse the plunger and strainer with HBSS 2% FCS to recover any adhered cells. Then, pipette the dissociated thymus cells and fluid from the Petri dish into a 15 milliliter centrifuge tube. Wash the Petri dish with five milliliters of HBSS 2% FCS and transfer this wash solution to the 15 milliliter centrifuge tube also.
Next, centrifuge the tube at 370 times g for seven minutes at 20 degrees Celsius. Discard the supernatant and resuspend the pellet in two milliliters of ACK lysing buffer to lyse the erythrocytes. Incubate for two minutes at room temperature on the bench top. Then, bring the volume to 14 milliliters with HBSS 2% FCS. Centrifuge the tube at 370 times g for seven minutes at 20 degrees Celsius. Then, discard the supernatant and resuspend the cells in five milliliters of HBSS 2% FCS.
Estimate the cell concentration using a Malassez slide as shown in the protocol for FACS isolation of B lymphocytes and adjust the cell concentration to 10 to the seventh cells per milliliter with HBSS 2% FCS.
Transfer 500 microliters of cell solution into two FACS tubes. Label one tube non-enriched T-cells and the other tube enriched T-cells, which will be separated using magnetic labeling.
Centrifuge the enriched T-cells tube at 370 times g for three minutes at 20 degrees Celsius. Discard the supernatant and resuspend the pellet in 250 microliters of biotin coupled anti CD3 antibody diluted one in 400 in HBSS 2% FCS. Incubate the cells for 20 minutes on ice and in the dark. Add three milliliters of HBSS 2% FCS to the tubes and centrifuge them again at 370 times g for three minutes at 20 degrees Celsius. Discard the supernatant and resuspend the pellet in 250 microliters of streptavidin-coupled beads diluted one in five in HBSS 2% FCS. Incubate the mixture of cells and beads for 20 minutes on ice. Next, add three milliliters of HBSS 2% FCS to the tube, pipette up and down to mix, and centrifuge again at 370 times g for three minutes at 20 degrees Celsius. Resuspend the pellet in two milliliters of HBSS 2% FCS.
Place the column on the magnet and add three milliliters of HBSS 2% FCS to humidify the system. Then, pipette the stained cells into the column. After the cell suspension passes through the column, wash the column three times with three milliliters of HBSS 2% FCS. Next, remove the column from the magnet and place it in a 15 milliliter tube. To elute the target cells, add five milliliters of HBSS 2% FCS to the column and flush the column with a plunger. Repeat this step with another five milliliters of HBSS 2% FCS.
To evaluate the effectiveness of target cell isolation, first transfer 500 microliters of eluted cell suspension to a FACS tube and label it enriched T-cells. Then, centrifuge both the enriched and non-enriched tubes at 370 times g for seven minutes at 20 degrees Celsius. Discard the supernatant, then add 100 microliters of fluorescent antibody diluted one in 200 in HBSS 2% FCS to both tubes. Incubate the cells for 20 minutes on ice and in the dark. Next, add three milliliters of HBSS 2% FCS to the tubes and centrifuge them at 370 times g for three minutes at 20 degrees Celsius. Discard the supernatant, then resuspend the pellets in 250 microliters of HBSS 2% FCS. Now, evaluate the CD3-positive cell enrichment rate using flow cytometry as shown in the FACS protocol.
Now, we will determine the frequency of CD3-positive lymphocytes among all thymocytes that were isolated from the mouse thymus. To start, double click on the FlowJo icon and drag the files for each tube in the all sample window. Then, double click on the enriched T-cells file to display the cells recorded from that sample on a dot plot that displays forward scatter, FSCA, on the x-axis, and side scatter, SSCA, on the y-axis.
Click on polygon to circle the lymphocyte populations. Next, double click on the circled population to create a new window. Select FSC-W on the y-axis, and FSC-A on the x-axis and circle the FSA-W negative cells. In the sub population identification window, name your cell population Single Cells. Next, click on OK on the sub population identification window, then double click on the circled population to create a new window. Select CD3 on the y-axis, and circle the CD3-positive cells. In the sub population identification window, name your cell population T-cells. Repeat with the non-enriched T-cells file. To visualize your cell population, click Layout Editor and drag the T-cell population from enriched T-cells and non-enriched T-cells files into the tab.
Dot plots representing CD3-positive lymphocytes will appear. CD3-positive cells should only appear in the population of interest in the CD3-positive enriched tube. To evaluate the enrichment of CD3-positive lymphocytes in the sorted cells, click on Table Editor and then drag the T-cells population from enriched T-cells and non-enriched T-cells files into the table. On the statistic menu, select Frequency of Lymphocyte Cells to check the percentage of CD3-positive cells in all lymphocytes. Then, click on Create Table. Parameter values will appear in a new table. For the enriched T-cells, the frequency of CD3-positive cells should be around 80% or above.
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