이 프로토콜은 7-9일 된 신생아 마우스 골수 세포를 분리하고 L929 세포의 상층액을 과립구 집락 자극 인자(M-CSF)의 공급원으로 사용하여 분화된 대식세포를 생성하는 비효소적이고 간단한 방법을 설명합니다. 골수 유래 대식세포는 표면 항원 F4/80, CD206, CD11b 및 기능적 역량에 대해 추가로 분석되었습니다.
방법 논문
이 프로토콜은 7-9일 된 신생아 마우스 골수 세포를 분리하고 L929 세포의 상층액을 과립구 집락 자극 인자(M-CSF)의 공급원으로 사용하여 분화된 대식세포를 생성하는 비효소적이고 간단한 방법을 설명합니다. 골수 유래 대식세포는 표면 항원 F4/80, CD206, CD11b 및 기능적 역량에 대해 추가로 분석되었습니다.
성체 쥐에서 골수를 분리하기 위한 다양한 기술이 잘 확립되어 있습니다. 그러나 신생아 마우스에서 골수를 분리하는 것은 어렵고 시간이 많이 걸리지만, 일부 모델의 경우 번역학적으로 관련성이 있고 필요합니다. 이 프로토콜은 7-9일 된 새끼의 골수 세포를 준비하기 위한 효율적이고 간단한 방법을 설명합니다. 그런 다음 이러한 세포를 추가로 분리하거나 특정 관심 세포 유형으로 분화할 수 있습니다. 대식세포는 염증과 감염에 중요한 역할을 하는 중요한 면역 세포입니다. 발달 과정에서 신생아 대식세포는 조직 리모델링에 크게 기여합니다. 또한, 신생아 대식세포의 표현형과 기능은 성인 대식세포의 표현형과 기능이 다릅니다. 이 프로토콜은 또한 L929 컨디셔닝 배지가 있는 상태에서 분리된 골수 세포와 신생아 대식세포의 분화를 설명합니다. 분화된 신생아 대식세포에 대한 표면 마커는 유세포 분석을 사용하여 평가되었습니다. 기능성을 입증하기 위해 phagocytic efficiency는 pH 민감성 염료 접합 Escherichia coli를 사용하여 테스트했습니다.
골수는 조혈모세포군과 중간엽줄기세포 집단을 모두 둘러싸고 있으며, 이들은 자가 재생이 가능하고 다양한 세포계로 분화할 수 있습니다. 골수에 있는 조혈모세포는 골수성 및 림프구 계통을 생성한다1. 중간엽 줄기세포는 골아세포(뼈), 지방세포(지방) 또는 연골세포(연골)를 생성합니다2. 이 세포는 유전자 치료 3,4를 포함하여 세포 생물학 및 조직 공학 분야에서 여러 응용 분야를 가지고 있습니다. 골수에 존재하는 전구 세포는 계통 특이적 성장 인자의 존재 하에 특정 세포 유형으로 분화합니다. 에리트로포이에틴(Erythropoietin)은 적혈구 전구세포(erythroid progenitor cell)의 증식을 촉진하고, 과립구 집락 자극 인자(granulocyte colony-stimulating factor, G-CSF)는 호중구 집락의 성장을 촉진하며, 트롬보포이에틴(thrombopoietin)은 혈소판 생성을 조절하는 계통 특이적 성장 인자(lineage-specific growth factor)의 몇 가지 예이다5. FACS 및 MACS(magnetic-activated cell sorting)로 표시된 세포 표면 항원은 특정 골수 유래 세포 유형의 분리 및 정제를 위한 잘 정립된 방법입니다6.
신생아 사망의 원인을 찾고 조산 중 합병증을 해결하기 위해 신생아 연구가 진행되고 있지만, 직접적인 치료법 개발은 여전히 충족되지 않은 의학적 수요로 남아 있습니다. Smith와 Davis는 "소아 환자들은 여전히 치료적 고아로 남아 있다"고 말했다.7. 신생아를 대상으로 한 임상시험에서 작은 표본, 결과의 평생 영향, 동의를 얻는 데 있어 윤리적 문제 등 여러 가지 어려움이 있다8. 따라서 번역 관련성을 달성하기 위해 신생아에 특화된 in vivo 및 in vitro 연구 모델에 대한 수요가 높습니다. 해부학적 수준과 조직 수준, 짧은 임신 기간, 새끼 크기 사이의 유사성 때문에 설치류는 가장 많이 연구된 포유류 모델 시스템입니다.
여기에서는 7-9일 된 새끼 쥐에서 골수를 분리하고 대식세포로 분화하는 능력을 위한 상세하고 실현 가능하며 재현 가능한 절차를 설명합니다. 그러나 뚜렷한 분화 신호를 사용하여 다양한 세포 계통을 얻을 수 있습니다. 또한 세포 표면 마커의 존재와 골수 유래 대식세포(BMDM)에 대해 예상되는 체외 식세포 활성의 존재를 입증합니다.
모든 절차는 West Virginia Institutional Animal Care and Use Committees의 승인을 받았으며 National Research Council의 Guide for the Care and Use of Laboratory Animals의 권장 사항에 따라 수행되었습니다. 이 연구에는 C57BL/6J 새끼 쥐가 사용되었습니다. 사용된 모든 시약 및 장비의 세부 사항은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 미디어 준비
2. L929 세포 상층액 제제
3. 동물 준비
4. 신생아 골수의 분리
5. 신생아 골수 유래 대식세포의 분화
6. 면역표지 및 유세포 분석
7. 신생아 골수 유래 대식세포의 식세포 효능을 평가하기 위한 시험관 내 분석
이 연구에서 설명한 방법을 사용하면 5마리의 C57BL/6 새끼 쥐에서 2,500만에서 3,700만 개의 골수 세포를 성공적으로 분리할 수 있습니다. 이 방법은 5마리에서 7마리 사이의 새끼 크기로 검증되었습니다. 우리 실험에서 격리를 위한 최소 연령은 7일이었습니다. 배설물의 크기와 실험에 필요한 세포의 수가 100만 개 미만인 경우, 연구자들은 생후 7일 미만의 생쥐에 대해 이 프로토콜을 시도할 수 있습니다. M-CSF의 공급원으로 L929-세포 상층액이 있는 경우, 골수 세포는 5일 만에 대식세포로 분화되었습니다(그림 2). 분화 2일째에 방추체 모양의 세포가 형성되었고(그림 2B), 세포의 거의 절반이 3일째에 방추체 모양을 보였으며(그림 2C), 대부분의 세포는 분화 5일째에 부착되어 길쭉한 방추 모양을 형성했습니다(그림 2D). 이 방법을 사용한 골수 유래 대식세포(BMDM)의 수율은 생후 7일령 새끼 5마리에서 250만-500만 개의 세포였습니다.
분화된 BMDM을 표현형으로 특성화하기 위해 5일 배양의 세포를 CD11b, CD206 및 F4/80에 대해 면역 표지했습니다. 전방/측면 산란 및 단일 마커 게이팅 체계는 보충 그림 1에서 볼 수 있습니다. 유세포 분석 결과, BMDM의 76.4%가 CD11b 및 F4/80 모두에 대해 양성인 것으로 나타났습니다(그림 3A). F480-CD11b+ 집단은 CD206에 양성인 세포의 대략적인 수와 일치합니다(그림 3B). 후자는 일반적으로 M2 유사 대식세포와 일치하는 마커로 간주되며, CD206 표지의 풍부도는 최대 2배 더 다양할 수 있지만, F4/80 표지의 더 높은 비율은 M1 유사 표현형으로의 분화를 촉진하는 M-CSF의 능력과 일치합니다16,17(그림 3).
우리는 또한 기능적 측정으로 식세포당 박테리아에 대한 분화된 신생아 BMDM의 능력을 평가하고 이를 산성화된 구획으로 이동시켰습니다. pH에 민감한 염료로 표지된 박테리아는 식세포화되어 산성화된 구획으로 운반될 때만 녹색으로 형광을 발해야 합니다. 감염 후 BMDM 내부에서 식세포화된 풍부한 녹색 형광 박테리아가 검출되었습니다(그림 4A). 녹색 형광은 산성화된 리소좀을 나타내는 적색 형광으로 더욱 국소화됩니다(그림 4B,C). 녹색 pH 민감성 염료 양성 신생아 BMDM의 식세포작용 및 출현도 4시간 감염 전반에 걸쳐 관찰되었습니다(그림 4D 및 보충 비디오). 여기에 표시된 기능적 활성은 M1 유사 염증성 대식세포 활성과 일치합니다.

그림 1: 생후 7일 된 C57BL/6J 새끼 쥐의 골수 분리. (A) 100mm 접시에 담긴 생후 7일 된 새끼의 뒷다리 뼈. (B) 피부와 피하 조직을 제거한 후 7일 된 새끼의 뒷다리; 검은색 점선은 골수 추출을 위해 절단할 위치를 나타냅니다. (C) 신생아 뒷다리는 분쇄하기 전에 골수로 뼈를 가공했습니다. (D) 신생아 뒷다리는 여과기에 주사기 플런저를 사용하여 뼈를 분쇄한 후 뼈를 가공했습니다. (E) 3개의 독립적인 실험에서 얻은 골수(BM) 및 골수 유래 대식세포 세포의 평균 ± 표준 오차. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 7일 된 신생아 골수 세포와 BMDM의 분화. 분화 1일(A), 2일(B), 3일(C) 및 5일(D)의 골수 세포. 패널 B의 빨간색 화살표는 분화 2일차에 방추체 모양의 부착 세포를 나타냅니다. 스케일 바: 200 μm. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 유세포 분석을 사용한 쥐 대식세포 마커 검출. F4/80 및 CD11b(A) 또는 CD206 및 CD11b(B) 표면 항원의 발현을 보여주는 분화된 신생아 골수 유래 대식세포. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 신생아 BMDM에 의한 pH 민감성 염료 표지 E. 대장 균의 식세포작용. (A) 감염 4시간 후 식세포화된 pH 민감성 염료 표지(녹색) E. coli 를 보여주는 골수 유래 대식세포. (B) 산성화된 리소좀(빨간색)에 대한 염색으로 라벨링된 BMDMs. (C) 패널 (A)와 (B)의 병합된 이미지. 스케일 바: 20 μm. (D) 위상차로 표시된 대식세포에 대한 녹색 형광 박테리아의 오버레이. (D)의 배율은 (A)의 배율과 동일합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
보충 비디오. 그림 4 패널 A와 같이 신생아 BMDM에 의한 녹색 형광 박테리아의 생세포 이미징에 대한 4시간 비디오. 이 비디오를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
보충 그림 1: BMDM의 유세포 분석. (A) BMDM은 먼저 FSC 및 SSC에 게이트되어 파편과 이중선을 제거했습니다. F4/80(B), CD11b(C) 및 CD206(D)의 단일 염색이 표시됩니다. 이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
신생아 마우스 모델과 관련된 연구는 여러 가지 과제를 제시할 수 있습니다. 신생아는 성인에 비해 독특한 면역 체계가 발달하고 있다8. 따라서 성체 동물 모델에서 생성된 데이터는 신생아에게 적용되는 것으로 가정해서는 안 되며, 여러 출판된 연구에서 이 아이디어를 잘 표현했습니다18,19. 따라서 신생아 특이적 모델과 세포의 출처는 생애 초기 면역 반응의 복잡성을 연구하는 데 필요합니다. 그러나 신생아 마우스의 크기, 민감도 및 섬세한 특성으로 인해 생물학적 샘플의 양이 제한될 수 있으며 수집 과정에 시간이 많이 소요될 수 있습니다. 이 프로토콜은 신생아 마우스에서 골수를 추출하기 위한 간단하고 시간 효율적인 절차를 확립합니다.
다 자란 쥐의 뼈는 바늘을 찔러 골수를 쉽게 씻어낼 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 반대로, 바늘로 신생아 골수에 접근하는 것은 그 크기와 취약성으로 인해 어렵습니다. 일부 연구에서는 콜라겐분해효소 II형과 디스파제20을 사용한 효소 소화를 사용했습니다. 여기에서는 신생아 뼈의 부드럽고 작은 특성으로 인해 골수를 방출하기 위해 파쇄 방법을 채택했습니다. 정제 후, 관심 있는 연구 응용 분야에 따라 이러한 세포는 특정 세포 유형으로 분화될 수 있습니다.
신생아는 뚜렷한 표현형 대식세포 개체군을 나타낸다21. 이 연구는 효소를 사용하지 않고 7-9일째 된 새끼의 골수 세포에서 BMDM의 분화를 설명했습니다. 이 방법론과 관련된 중요한 단계에는 신생아 쥐 새끼의 전반적인 섬세한 특성, 골수가 방출되지 않는 방식으로 작은 뼈를 수집하고, 경골과 대퇴골에서 가위 절단을 위해 적절한 위치를 찾는 것이 포함됩니다. 우리는 신생아 BMDM이 성인 BMDM보다 배양에 더 민감하며, 신생아로부터 골수를 분리하는 기간이 길면 분화 능력이 제한된다는 것을 관찰했습니다. 따라서 한 번에 7마리 이상의 새끼에서 추출하는 것은 권장되지 않습니다. 또한, 분화 2일차에 BMDM 분화 매체를 추가한 결과, 분화가 불량하고 생존력이 떨어지는 등 좋지 않은 결과가 나왔습니다.
이 프로토콜은 골수 세포를 대식세포로 분화하기 위한 M-CSF의 공급원으로 L929 세포 상층액을 사용했습니다. L929 세포는 다량의 M-CSF10을 생성하는 것으로 알려진 쥐 섬유아세포입니다. 대식세포는 M-CSF와 함께 L929 상층액에서 분비되는 다른 물질에 노출될 것으로 예상됩니다. 상업적으로 정제된 M-CSF는 대식세포 분화에도 사용할 수 있습니다. 그러나 L929 배양 상청액의 사용과 직접 비교하지는 않았습니다. L de Brito Monteiro et al.은 L929와 상용 M-CSF22를 사용하여 생성된 대식세포 간에 뚜렷한 대사 프로필을 관찰했다는 점도 중요합니다.
이 방법은 소화 효소를 사용하지 않고 시간을 절약하고 경제적인 접근 방식을 확립했습니다. 이 기술은 신생아 골수를 안정적으로 분리하여 신생아 BMDM을 명확하게 구별할 수 있게 해주었습니다. 분리된 신생아 BMDM은 다양한 감염 중 신생아 대식세포 역학 및 이러한 세포에 의한 염증 조절을 연구하는 데 추가로 사용할 수 있습니다. 이 방법의 한계는 초기 확립에 대한 학습 곡선과 작은 뼈의 당기는 과정에 대한 적응을 포함하며, 이는 결국 경험을 통해 개선되고 세포의 생존력을 증가시켜 과정의 지속 시간을 최소화합니다. 새끼의 깔짚 크기는 실험적 필요성에 따라 구별할 수 있는 대식세포의 수에 대한 추가 고려 사항입니다.
저자는 이 문서와 관련된 이해 상충이 없습니다.
이 연구는 미국 국립보건원(National Institutes of Health)[R01 AI163333]의 지원을 받아 CMR에 제공되었다. WV CTSI 보조금 GM104942, 종양 미세환경 CoBRE 보조금 GM121322 및 NIH 보조금 OD016165 통해 West Virginia University Flow Cytometry 및 Single Cell Core Facility에 제공된 추가 자금 지원을 인정합니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
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| 40 & 마이크로; m 스트레이너 | Greiner | 542040 | 세포 배양 |
| 96 웰 라운드 (U) 바닥 플레이트 | Thermo Scientific | 12-565-65 | 세포 배양 |
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| 안티 마우스 CD206-Alexa Fluor488 | BD Biosciences | 141709 | FACS 분석 |
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| Countess3 | Thermo Scientific | TSI-C3ACC | 자동 세포 계수기 |
| DMEM | Hyclone | SH30022.01 | 세포 배양 |
| DMSO | VWR | WN182 | 세포 배양 |
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| FBS | 아반토르 | 76419-584 | 세포 배양 |
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| HEPES | Cytiva | SH30237.01 | 세포 배양 |
| L-929 | ATCC | 분화 | |
| LSRFortessa | Becton Dickinson | 플로우사이토미터 | |
| Lysotracker 레드 DND 99 | Invitrogen | L7528 | 형광 염료 |
| MEM | Corning | 15-010-CV | 세포 배양 |
| 페니실린 /스트렙토마이신 | Hyclone | SV30010 | 세포 배양 |
| pHrodo 그린 STP 에스테르 | Invitrogen | P35369 | 형광 염료 |
| T75 플라스크 | Cell star | 658170 | 세포 배양 |
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