Dit document beschrijft een werkwijze voor het meten van alloreactiviteit in een gemengde populatie van T-cellen met behulp van beeldvorming flowcytometrie.
Methodenartikel
Dit document beschrijft een werkwijze voor het meten van alloreactiviteit in een gemengde populatie van T-cellen met behulp van beeldvorming flowcytometrie.
Het meten van immunologische reactiviteit voor donorantigenen bij transplantatiepatiënten is waarschijnlijk essentieel voor de succesvolle vermindering of stopzetting van immunosuppressie zijn. De gemengde leukocyt reactie (MLR) beperkende verdunning assays en trans-vivo vertraagde hypersensitiviteit (DTH) test zijn allemaal toegepast op deze vraag, maar deze methoden zijn voorspellend vermogen en / of belangrijke praktische beperkingen die de bruikbaarheid ervan beperken beperkt. Imaging flowcytometrie is een techniek die de Multiparametrische kwantitatieve bevoegdheden van de stroming combineert cytometrie met de grafische mogelijkheden van fluorescentie microscopie. We hebben onlangs maakten gebruik van een imaging flowcytometrie benadering van het aandeel van de ontvanger T-cellen die in staat tot het vormen van volwassen immuun synapsen met donor-antigeen presenterende cellen (APC) te definiëren. Gebruik een goed gekarakteriseerde muizen harttransplantatiemodel hebben we aangetoond dat de frequentie van in vitro immunologische synapsen tussen T-APC Membrane contact gebeurtenissen sterk voorspeld allograft uitkomst in afstoting, verdraagzaamheid, en een situatie waarin transplantatie voortbestaan afhankelijk is van geïnduceerde regulatoire T-cellen. De frequentie van T-APC contacten verhoogd met T-cellen uit muizen tijdens acute afstoting en verminderd met T-cellen uit muizen gesmolten reageren op alloantigeen. De toevoeging van regulatoire T cellen in vitro systeem verlaagd langdurige T-APC contacten. Kritisch, werd dit effect ook waargenomen met menselijk polyklonaal geëxpandeerd natuurlijk voorkomende regulatoire T-cellen, waarvan bekend is dat de afwijzing van menselijke weefsels in gehumaniseerde muismodellen regelen. De verdere ontwikkeling van deze aanpak kan zorgen voor een diepere karakterisering van de alloreactieve T-cel compartiment in transplantatie ontvangers. In de toekomst kan de verdere ontwikkeling en evaluatie van deze methode met behulp van menselijke cellen de basis voor assays gebruikt om patiënten voor immunosuppressie minimalisering selecteren vormen, en het kan worden gebruikt om de impact van tolerogeen metenic therapieën in de kliniek.
Solid orgaantransplantatie heeft de zorg voor patiënten in het eindstadium van ziekten van de nieren, de lever, het hart en de longen getransformeerd. Als gevolg van verschillen in grote en kleine histocompatibiliteitantigenen echter allogene worden onmiddellijk verworpen door de ontvanger T-cellen als immunosuppressieve geneesmiddelen alleen worden gebruikt. Deze agenten hebben tal van bijwerkingen, waaronder risico's voor kanker en orgaanfalen. Een belangrijk klinisch doel is derhalve de dosis immunosuppressie te verlagen tot het minimum dat vereist is om allograft afstoting te voorkomen. Dit niveau kan variëren afhankelijk van de mate van activering van het aangeboren immuunsysteem; de mate van donor-ontvanger allo mismatch; en interindividuele verschillen in het immuunsysteem, farmacokinetiek en farmacodynamiek.
Helaas, transplantatie artsen hebben geen instrumenten hebben om nauwkeurig te kunnen beoordelen donor reactiviteit bij individuele patiënten 1. de gemengdeleukocyt reactie (MLR) kunnen donor reactiviteit detecteren, maar niet aan transplantaat uitkomst 2, 3 betrouwbare voorspelling. Beperkende verdunning assays, cytokine ELISPOTs en trans-vivo assay ofwel meten een beperkt aantal reacties of niet praktisch 4, 5, 6, 7, 8 .Gene expressieprofielen gebleken handtekeningen voortvloeien uit operationele tolerantie 9, 10, 11, 12 en afwijzing 13, 14, 15, maar deze zijn niet altijd generalizable in populaties 16 en kan uiteindelijk beperkt nut bij individuele patiënten. Sequentie-gebaseerde analyses van de T-celreceptor (TCR) van T-cellen in het perifere bloed 17 of prolifererende in de MLR 18 zijn ontwikkeld maar vereisen verdere validatie.
Conceptueel zou het wenselijk zijn om een test waarmee de eerste noodzakelijke stappen ontvangende T-celactivering detecteert door een donor antigeen. Aangezien het kweken van cellen in dagen (zoals in de MLR) kunnen artefacten introduceren dergelijke test zou idealiter niet het meten van stroomafwaartse gebeurtenissen zoals proliferatie of effectorfunctie vereist. Ook zou het echter wenselijk zijn om de test af te hangen van een element van T-celfunctie, aangezien louter beschrijvend evaluaties (Bijvoorbeeld TCR sequentie) kan geen onderscheid maken tussen anergic functionele T-cellen.
Talrijke studies hebben aangetoond dat langdurige T-APC contact is nodig voor de vorming van een immuun synaps, dat een essentieel eerstebetreedt de T-celrespons 19, 20, 21, 22. We hebben onlangs gemeld dat tijdens dynamiek in vitro time lapse imaging, ongeveer 5-10% muizen- CD4 + T cellen vormen langdurig contact met allogene beenmerg afgeleide dendritische cellen (BMDCs) 23. De frequentie van langdurig contact was verhoogd bij dieren die een ent verworpen, terwijl muizen die eerder tolerant dezelfde antigenen gesmolten, bleef op niveaus waargenomen in muizen untransplanted 23. Langdurige interacties gereduceerd in aanwezigheid van Tregs ontvanger en meer in hun afwezigheid en we waarnamen soortgelijke verschijnselen met menselijke T-cellen en allogene monocyten afgeleide DCs (MoDCs) 23.
Echter, de opsomming van langdurige contacten binnen een polyklonale T-cel population is tijdrovend en arbeidsintensief. We hebben daarom gebruik gemaakt van beeldvorming flowcytometrie aan allogene immuun synaps formatie te onderzoeken. Beeldvorming doorstroomcytometrie omvat de multiparametrische data acquisitie en analyse mogelijkheden van conventionele flowcytometrie met de single-cell imaging mogelijkheden van fluorescentiemicroscopie. Deze techniek is gebruikt door andere onderzoekers om immune synapsvorming bestuderen door monoklonaal T-cellen 24, 26, 27 of bij aanwezigheid van superantigenen 28. Bij dergelijke instellingen is echter de frequentie reageren T-cellen varieert 30-100%, terwijl alloreactieve T-cellen in het algemeen worden geschat op 5-15% van de totale T-cel repertoire 29, 30, 31, 32 representeren. Belangrijk is dat we laten zien dat imaging stroom kan cytometrie av producerenery vergelijkingsmaatstaf voor alloreactieve T-celfrequentie 23 en dat veranderingen in de synaps frequentie binnen een polyklonale T-cel populatie zijn voorspellend transplantaat uitkomst 23. Op dit moment is deze aanpak is geoptimaliseerd om de directe alloreactiviteit van CD4 + T-cellen te meten, maar in principe kan het ook worden ontwikkeld om CD8 + T-cellen en de indirecte route te onderzoeken. Indirect alloreactiviteit wordt aangenomen dat het in toenemende mate relevant zijn op langere tijden na transplantatie 33 geworden. Momenteel ontwikkelen we deze methode om menselijke cellen, waardoor voor het testen van patiënten te gebruiken. Dus in de toekomst, de algemene benadering kan nuttig zijn voor de functionele evaluatie van T-cel responsen in transplantatie ontvangers voor transplantatie; direct na transplantatie; en op de lange termijn, wanneer drug minimalisering wordt een belangrijk doel.
1. Bereid reagentia en materialen Benodigde
2. Bereid Antigen-presenterende cellen
LET OP: In theorie kan elk APC bevolking worden onderzocht met deze methode. Onrijpe muizen beenmerg afgeleide dendritische cellen (DCs) als APC's werden opgeroepen voor dit geval. Veel protocollen aanwezig voor het genereren van deze cellen (bijvoorbeeld Referenties 34 en 35). In het kort werd het volgende protocol toegepast.
3. Bereid T-cellen
4. Co-incubeer T-cellen en DCs
6. Stain Cellen
7. Acquire Gegevens
8. Analyseer de gegevens

Figuur 1. Gating strategie gebruikt voor het identificeren Alloreactieve Immune Synapses. A. In-brandpunt events gepoort uit alle beurzen van herziening celbeelden op basis van het kwadratisch gemiddelde van de veranderingssnelheid van de beeldintensiteit profiel (Gradient RMS) met de helderveld Channel (Channel 4, CH04), zoals beschreven in de tekst. B. Onder de in-focus events, wambuizen onderscheiden van enkelvoudige cellen door het uitzetten van de aspectverhouding versus gebied voor de helderveld kanaal. Enkele cellen nabij de aspectverhouding van 1 geclusterd en een kleiner gebied, terwijl doubletten dicht bij 0,5 en een groter gebied. C. Fluorescentie-intensiteit van de APC (in casu een dendritische cel [DC] marker, CD11c) wordt vervolgens uitgezet tegen de fluorescentie-intensiteit van de T-cel marker (in casu CD90.2) en dubbel-positieve gebeurtenissen gepoort. Randen van de poort kan worden verfijnd door het bekijken van beelden van gebeurtenissen bij de grens. D. T-APC doubletten worden vervolgens verfijnd zodat ze slechts één APC bevatten uitzetten van de verhouding ten opzichte van de oppervlakte van de APC merker (CD11c, Ch02). E. Deze enkelvoudige-APC doubletten worden vervolgens verfijnd zodat ze slechts één T-cel bevatten uitzetten van de verhouding ten opzichte van de omgevingvan de T-cel marker (CD90.2, CH06). F. Tenslotte gebeurtenissen die slechts twee kernen worden geselecteerd door het uitzetten van een histogram van de spotteling op het kanaal nucleaire kleurstof (7-AAD, CH05) en gating gebeurtenissen die slechts 2 7-AAD-positieve vlekken (dwz kernen) bevatten. De gebeurtenissen in deze poort worden geanalyseerd membraan contact en synapsvorming, zoals beschreven in figuur 2. De gegevens werden geanalyseerd op een blinde wijze met betrekking tot toegewezen behandeling en komen uit een eerder gepubliceerde 23 experiment. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
OPMERKING: De gating strategie wordt beschreven in deze sectie en is weergegeven in figuur 1. Analyse van beeldvorming flowcytometrie gegevens moeten worden uitgevoerd op een blinde wijze ten opzichte toegewezen behandeling. Hoewel wij geloven dat het immuunsysteem synapsen en niet-synaptic contacten worden in het algemeen gemakkelijk onderscheiden (zie hieronder en Figuren 2 en 3), blindering moet vertekening die door de subjectiviteit inherent aan beeldanalyse minimaliseren.
Deze methode werd gebruikt om te onderzoeken CD4 + T-cellen bij muizen alloreactiviteit rendered tolerant donor allo-antigenen voor heterotopische harttransplantatie. CBA-muizen (H-2k) kregen een toleriserende protocol bestaat uit een donor-specifiek (B6, H-2b) bloedtransfusie gecombineerd met een niet-afbrekende CD4 antilichaam één maand voorafgaand aan het ontvangen van een B6 harttransplantatie. Dit protocol leidt tot langdurige allograftoverleving die afhankelijk Foxp3 + regulatoire T-cellen 36, 37. Zeven dagen na de transplantatie, werden milt CD4 + T-cellen verkregen uit tolerant en niet tolerant ontvangers van allotransplantaten en cardiale B6 werden samen geïncubeerd met B6 beenmerg afgeleide DC's volgens dit protocol. Figuur 2 toont representatieve gegevens van dit experiment. Het membraan contact poort is getoond in figuur 2Een met groene crosshairs geplaatst op een synaptisch gebeurtenis (linker panel, 1) en op niet-synaptische event (rechter paneel). Figuur 2B toont de helderveld en fluorescentie kanalen voor dit evenement. Om vertekening te verminderen, werden de gegevens geanalyseerd door een waarnemer geblindeerd voor de behandeling opdracht 23. Zoals aangetoond in verschillende voorbeelden in figuur 3, zowel van niet-tolerant (Figuur 3A-B) en tolerant (Figuur 3C-D) CBA ontvangers van B6 harten, synapsen zijn gemakkelijk te onderscheiden van niet-synaptische contacten door de aanwezigheid van een dichte FITC-positieve nok van het T-APC interface. Deze resultaten tonen dat visuele detectie van immunologische synapsen door ontvanger T-cellen meeloopt met de mate van alloreactiviteit in de ontvanger.

Figuur 2. Identificatie van T-APC wambuizen met membraanContact en Immune Synapse Formation. Gebeurtenissen in de laatste doublet poort (Figuur 1F) geanalyseerd. A. T-cel marker fluorescentie in het APC object masker is uitgezet tegen APC marker fluorescentie in het DC object masker. Sommige doublet evenementen hebben een APC en een T-cel zonder cel-cel contact en verschijnen in de linker benedenhoek van het perceel (beelden niet getoond). Een membraan contact hek kan dus worden geconcludeerd dat alleen doubletten waarbij T-cellen en APC's in contact omvat. Beelden van elke gebeurtenis in deze poort worden beoordeeld op tekenen van actine cytoskelet omlegging in de falloïdine-FITC kanaal en kan worden gelabeld met de analysesoftware. Het linkerpaneel toont een immuun synaps gebeurtenis (label 1 en via groene dradenkruis), terwijl het rechter paneel toont een membraan contact gebeurtenis zonder immuno synapsvorming (label 2 en via groene dradenkruis). De bepaling de vorming van synapsen moet handmatig herziening van dezebeelden, getoond in B. B. De bovenste rij toont helderveld en fluorescentie kanaal afbeeldingen voor een doublet met een immunologische synaps (komt overeen met 1 event in A); de onderste rij toont een doublet met membraan contact, maar ontbreekt vorming synaps (komt overeen met 2 event in A). De gegevens werden geanalyseerd op een blinde wijze met betrekking tot toegewezen behandeling en komen uit een eerder gepubliceerde 23 experiment. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 3. Voorbeelden van T-APC Synapse Formation. CBA muizen ontvingen cardiale allotransplantaten van B6 donoren na ofwel geen voorbehandeling (AB) of na inductie met B6 volbloed onder geleide van een niet-afbrekende anti-CD4-antilichaam ( rong> CD). Na 7 dagen werden de milt CD4 + T-cellen getest op synaps formatie met B6 DCs. A. Drie voorbeelden van niet-synaptische doubletten met membraan contact van een niet-tolerant gemaakte dier. B. Drie voorbeelden van immunologische synapsen van een niet-tolerant gemaakte dier. C. Drie voorbeelden van niet-synaptische doubletten met membraan contact van een tolerant gemaakte dier. D. Drie voorbeelden van immunologische synapsen van een tolerant gemaakte dier. synapsvorming wordt aangegeven door de aanwezigheid van een heldere, FITC-positieve nok van het T-APC interface (CH03). De gegevens werden geanalyseerd op een blinde wijze met betrekking tot toegewezen behandeling en komen uit een eerder gepubliceerde 23 experiment. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Tabel 1. Antilichamen en kleurstoffen gebruikt in deze studie. Fluorochroom-geconjugeerde antilichamen, kleurstoffen, leveranciers, en de aanbevolen concentraties zijn weergegeven in de tabel. De beeldvormende flowcytometer kanaal werd gebruikt om elk fluorochroom detecteren wordt ook getoond in de tabel.
Imaging flowcytometrie is gebruikt om immune synapsvorming tussen monoklonale T-cellen en APC's of bij aanwezigheid van superantigenen 24, 25, 26, 27, 28 tonen. Deze methode maakt gebruik van het feit dat na een productieve T-cel-APC contact, de T-cel herschikt het actine cytoskelet polariserende deze naar het contactoppervlak 21. Deze herrangschikking treedt niet zonder TCR-signalering, en daarom is een vroege correlaat van T-celactivering 19, 20, 21. De hier gepresenteerde methode past deze benadering voor de meting van alloreactieve T-cel frequentie polyklonale T-celpopulaties. Als zodanig kan het in de toekomst dienen als basis voor de ontwikkeling van assays voor donor reactivi ty in klinische transplantatie.
Hoewel directe vergelijkingen nog niet zijn gedaan, wordt de detectie van alloreactieve immunologische synapsen superieure voorspellende waarde dan de conventionele MLR hebben. Zo heeft voorgaand werk aangetoond dat het tolerant makende hierboven beschreven protocol, de resultaten van de MLR niet betrouwbaar correleren met transplantaat uitkomst 2.
Een aantal tests zijn ontwikkeld voor het operationeel tolerant staat bij de mens 9, 10, 11, hoewel deze niet effector celfunctie te meten in reactie op allo-antigeen. Daarentegen IFNy ELISPOT-assays 8 handeling effector T-celfunctie, maar kan het volledige spectrum van cytokine secretie acute en chronische transplantaatafstoting relevant kunnen zijn, zoals IL-17 38 niet vangen,> 39. De beperkende verdunning assay 4, hetgeen arbeidsintensief, en de trans-vivo bepaling 6, waarbij muizen vereist aanzienlijke praktische beperkingen die hun toepassing in een klinische omgeving zou belemmeren. Recente verbeteringen van de analyse van prolifererende cellen gebruik TCR sequentieanalyse van T-cellen reageren in de MLR kunnen waardevol zijn, maar net als de test hier gepresenteerde verder geldig worden in klinische studies 18, 40.
Verdere ontwikkeling van het immuunsysteem synaps detectie-assay vereist dat een aantal belangrijke vragen worden beantwoord. Ten eerste, de assay zoals ontwikkeld meet alleen rechtstreekse alloreactiviteit. De directe weg omvat de presentatie van allogene MHC / peptidecomplexen op APC-afgeleide donor. Deze worden meestal snel geëlimineerd na transplantatie en na allo-antigen presentatie is Carried door APCs ontvanger presenteren intact donor MHC (semi-directe route) of verwerkt donorantigenen op zelf MHC (indirecte route). De indirecte route is een belangrijke factor van chronische allograftafstoting 33, 41.
In principe zou het mogelijk zijn indirecte immunologische synapsen detecteren met deze test, maar indirect alloreactieve T-cellen een veel lagere frequentie dan directe 42, 43, zodat de analyse van een groter aantal gebeurtenissen vereist. Een tweede overweging is dat we in deze assay getest met behulp van CD4 + -T-cellen, terwijl CD8 + T-cellen ook een belangrijk onderdeel van het anti-donor respons. Wederom moet het mogelijk zijn om CD8 + T-cel-APC synapsen met deze werkwijze gedetecteerd. Een andere beperking is dat de methode vereist de handmatige controle en analyse van cel-beelden in de laatste membrane contact gate, en we zijn momenteel bezig met de automatisering van deze stap.
Ten slotte is de methode vereist het testen en ontwikkeling bij de mens, en voorstudies met menselijke monsters worden momenteel uitgevoerd. Verdere fenotypische T-cel subgroep analyse (dat wil zeggen, effector, geheugen, regelgeving, enz.) In combinatie met de detectie van immunologische synapsen in transplantatie ontvangers zou een krachtige aanpak vormen voor het karakteriseren van de alloreactieve T-cel repertoire en zal een belangrijk aandachtspunt zijn voor toekomstwerk.
De auteurs hebben niets te onthullen.
SCJ werd ondersteund door een Internationale Vereniging voor Hart-en Lung Transplantation Research Fellowship en een Royal College of Physicians en Chirurgen van Canada Detweiler Reizen Fellowship.SM werd mede ondersteund door een International Society for Heart and Lung Transplantation Career Development Award (tot SCJ). SS werd gesteund door de National Institutes of Health Research Oxford Biomedical Research Centre.JH is de ontvanger van een Kidney Research UK Senior Non-Clinical Fellowship. Dit werk werd gefinancierd door de volgende subsidies aan AB en KW: een Wellcome Trust Program Grant (082519Z07Z), een British Heart Foundation Program Grant (PG / 10 / 62,28504), en het EU-kaderprogramma 7 (een studie; BioDRIM). De auteurs willen Michael Parsons en de Flow Cytometry Core Facility op de Lunenfeld-Tanenbaum Research Institute, Sinai Health System, Toronto bedanken voor het verlenen van toegang tot en ondersteuning bij de ImageStream Mark X instrument.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Fosfaat-gebufferde zoutoplossing | Verschillend | Variest | |
| Ethylenediameentetra-azijnzuur, 0,5 M oplossing | Thermo Fisher Scientific | AM9260G | |
| Triton X-100 niet-ionogene detergent | Sigma-Aldrich | X100 | |
| Beta-mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M3148 | |
| Dimethylsulfoxide | Sigma-Aldrich | D8418 | |
| Formaldehyde | Sigma-Aldrich | F1635 | Oplossing is 37% formaldehyde en moet dus 25 keer worden verdund voor 1,5% oplossing |
| Celstrainers, 70 μm poriegrootte | Fisher Scientific | 08-771-2 | |
| Phalloidin-fluoresceïne-isothiocyanaat | Sigma-Aldrich | P5282 | |
| 7-aminoactinomycine D | Thermo Fisher Scientific | A1310 | Reconstitueer in DMSO |
| Allofycocyanine-geconjugeerd anti-muis CD90.2 | eBioscience | 17-0902 | |
| Pacific blue-geconjugeerd anti-muis CD11b | eBioscience | 48-0112 | Pacific blue is vervangen door eFluor 450 |
| Gebiotinileerd anti-muis CD3 | eBioscience | 13-0032 | |
| Gebiotinileerd anti-muis MHC klasse II | eBioscience | 13-5321 | |
| Gebiotinileerd anti-muis B220 | eBioscience | 13-0452 | |
| Gebiotinileerd anti-muis CD8 | eBioscience | 13-0081 | |
| Gebiotinileerd anti-muis CD19 | eBioscience | 13-0193 | |
| Anti-biotine microbeads | Miltenyi Biotec | 130-090-485 | |
| LS kolommen | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | |
| MidiMACS magnetische celscheider | Miltenyi Biotec | 130-042-302 | |
| Recombinant muis GM-CSF | Peprotech | 315-03 | |
| Recombinant humaan TGFβ1 | Peprotech | 100-21 | Humaan TGFβ1 heeft activiteit op muizencellen |
| Amnis ImageStream X Mark II | Amnis/EMD Millipore | N/A | Beeldvormende flowcytometer; details beschikbaar op http://www.emdmillipore.com/ |
| IDEAS Software | Amnis/EMD Millipore | N/A | Gratis downloaden (registratie vereist): https://www.amnis.com/index.php/page/Display/login%20%20 |
| Celkweekmedium | Verschillend | Variest | |
| Foetaal runder serum | Verschillend | Variest | |
| Celkweek platen | Verschillend | Variest |