$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,

Figuur 1: Histoflow-cytometrie workflow. Weefselsecties worden gekleurd met spectraal overlappende kleurstoffen (stap 1). Beelden worden verzameld met behulp van individuele excitatielasers in combinatie met afstembare banddoorlaatfilters om spectrale doorbloeding tussen fluoroforen te minimaliseren (stap 2). Spectrale doorbloeding tussen kanalen wordt gecorrigeerd op basis van een compensatiematrix die wordt gegenereerd met behulp van weefselcontroles met één kleur (stap 3). Kernen en cellen in afbeeldingen worden vervolgens geïdentificeerd met behulp van ilastik (stap 4) en gesplitst in afzonderlijke cellen in Software 3 (stap 5). Aanvullende parameters worden opgenomen voordat alle gegevens van Software 3 naar Software 4 worden geëxporteerd om flowcytometrie-analyse uit te voeren. Celidentiteiten worden vervolgens geëxporteerd vanuit Software 4 en teruggekoppeld naar de cel-ID's in het oorspronkelijke weefsel om de ruimtelijke lokalisatie van cellen in weefselsecties op te lossen (stap 6). Geldtekens vertegenwoordigen commerciële software die moet worden gekocht, en computertekens vertegenwoordigen gratis software. De geschatte tijd voor elke stap wordt aangegeven naast de zandloper. Commerciële software staat vermeld in de Tabel met Materialen. Deze figuur is een bewerking van Jain et al.18. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
In figuur 3 werden lymfeklierweefsels gekleurd met een rat anti-muis CD138 antilichaam in combinatie met een donkey anti-rat Dylight 405 secundair antilichaam, Nuclear Yellow, een rat anti-muis CD4 antilichaam geconjugeerd aan Alexa Fluor 488, een rat anti-muis IgD antilichaam geconjugeerd aan PerCP-eF710, een konijn anti-muis Iba1 antilichaam gecombineerd met een Donkey anti-konijn Alexa Fluor 546 secundair antilichaam, een anti-muis CD3ε-antilichaam tegen ratten geconjugeerd aan PE-eF610, een anti-muis B220-antilichaam tegen ratten geconjugeerd met Alexa Fluor 647 en een anti-muis CD45-antilichaam tegen ratten geconjugeerd aan APC-R700. Een violette laser van 405 nm werd gebruikt om de Dylight 405- en Nuclear gele kleurstoffen te stimuleren, en hun emissies werden gedetecteerd in het bereik van respectievelijk 408-438 nm en 460-530 nm. Een groene laser van 488 nm werd gebruikt om de kleurstoffen Alexa Fluor 488 en PerCP-eF710 te stimuleren, en hun emissies werden gedetecteerd in het bereik van respectievelijk 495-545 nm en 682-750 nm. Een geelgroene laser van 552 nm werd gebruikt om de kleurstoffen Alexa Fluor 546 en PE-eF610 te stimuleren, en hun emissies werden gedetecteerd in het bereik van respectievelijk 557-600 nm en 615-652 nm. Een rode laser van 640 nm werd gebruikt om de kleurstoffen Alexa Fluor 647 en APC-R700 te stimuleren, en hun emissies werden gedetecteerd in respectievelijk het bereik van 647-682 nm en 700-750 nm.

Figuur 2: Voorbeelden van slechte en kwalitatieve compensatie. Parels werden gekleurd met een antilichaam geconjugeerd aan PE-eFluor 610 en afgebeeld in de kanalen die overeenkomen met de kanalen PE-eFluor 610 (PE-eF610) en Alexa Fluor 546 (A546). Er werden verschillende gradaties van compensatie toegepast op hetzelfde beeld in het A546-kanaal (10% reductie voor ondercompensatie, 28% reductie voor correcte compensatie en 60% reductie voor overcompensatie) om de doorbloeding van de PE-eF610-fluorofoor te verwijderen, wat resulteerde in verschillende gradaties van scheiding. Om de mate van compensatie beter te visualiseren, wordt een helderdere versie van de doorbloedingsafbeeldingen verstrekt. De gele pijl wijst naar hetzelfde gebied in elke afbeelding dat overeenkomt met een gebied waar er echte kleuring is in het PE-eF610-kanaal. Schaal balken: 4 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Fluorescentiecompensatie met behulp van gekleurde weefselcoupes. (A-C) Lymfeklierweefselsecties werden gekleurd met enkele Abs geconjugeerd aan de vermelde fluoroforen. Niet-gecompenseerde enkelvoudige kleurmonsters werden vervolgens afgebeeld over alle kanalen (A, boven) en compensatie werd toegepast op de enkelkleurige bedieningselementen (A, onder). (B) Het doorbloeden tussen kanalen in (A) werd gekwantificeerd (gemiddelde fluorescentie-intensiteit van het huidige beeld gedeeld door de gemiddelde fluorescentie-intensiteit van het kanaal van de huidige fluorofoor) en gepresenteerd in heatmaps. Witte vierkanten vertegenwoordigen waarden die hoger zijn dan 100% doorbloeding. (C) Spectrale overlap wordt beoordeeld in de niet-gecompenseerde en celgebaseerde compensatieomstandigheden door de spectrale scheiding van Iba1-A546 en CD3-PEeF610 in volledig gekleurde monsters te vergelijken. Schaal balken: 30 μm. Deze figuur is een bewerking van Jain et al.18. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Door dit protocol te volgen (samengevat in figuur 1) zouden spectraal overlappende fluorescerende kleurstoffen effectief moeten worden gescheiden, zoals weergegeven in figuur 3A,B. Hoewel volledige scheiding van de kleurstoffen misschien niet mogelijk is, zou de scheiding voldoende moeten zijn om verschillende celtypen duidelijk te onderscheiden (figuur 3C). Als er nog steeds schaduwen van spectraal overlappende cellen in een ander kanaal zijn, kan dit erop wijzen dat er nog steeds doorbloeding plaatsvindt en dat de beelden mogelijk opnieuw moeten worden verwerkt (Figuur 2). Bovendien zal overcompensatie duidelijk zijn als het gecompenseerde gebied onder de fluorescentieniveaus daalt die verband houden met achtergrondkleuring en zal verschijnen als zwarte gebieden waar de doorbloeding ooit was (Figuur 2). Overcompensatie kan leiden tot het verlies van het echte signaal in het kanaal waarop compensatie is toegepast en moet worden vermeden. Desalniettemin, als dit protocol correct is gevolgd, zouden er geen problemen moeten zijn met compensatie, en dus zou de onderzoeker moeten overwegen of een schijnbare doorbloeding kunstmatig is of deel uitmaakt van de biologie.

Figuur 4: Voorbeeld van een op ilastik gebaseerde kern en celdetectie. De nucleaire gele kleuring (linksboven) werd gebruikt om kernen te identificeren (rechtsboven in geel) en wat geen kern is (in blauw). Representatieve CD45-kleuring (weergegeven in linksonder) wordt gebruikt om cellen te identificeren (rechtsonder in geel) en wat geen cel is (in blauw). Deze figuur is een bewerking van Jain et al.18. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Zodra kleurstoffen nauwkeurig zijn gescheiden, is het splitsen van het weefsel in individuele cellen essentieel voor het uitvoeren van analyses van afzonderlijke cellen. Het hier beschreven protocol maakt gebruik van door de gebruiker gedefinieerde machine learning (Figuur 4) om cellen te scheiden, zelfs als ze dicht op elkaar zijn verdicht, zoals te zien is in de lymfeklieren die worden weergegeven in Figuur 6.

Figuur 5: Beoordelen of een hek correct is afgesteld. Representatieve CD138-kleuring (gekleurd in cyaan) in een lymfeklier wordt getoond en er zijn drie afzonderlijke poorten (de stiplijn aan de linkerkant) gemaakt om CD138+- cellen in het weefsel te identificeren. Een te conservatieve schatting van CD138+- cellen wordt weergegeven als de blauwe poort en in het blauw in kaart gebracht op het weefsel. Een evenwichtige schatting van CD138+- cellen wordt weergegeven als de groene poort en in kaart gebracht op het weefsel in groen. Een overdreven toegeeflijke schatting van CD138+- cellen wordt weergegeven als de rode poort en in het rood in kaart gebracht op het weefsel. De gele cirkel identificeert een gebied waar CD138+- cellen niet worden geïdentificeerd door de overdreven conservatieve poort, en de magenta cirkel identificeert een gebied zonder CD138+-cellen, waarvan wordt beweerd dat het CD138+- cellen bevat door de overdreven toegeeflijke poort. Schaalbalken: 30 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Bij het bepalen van de precieze posities van poorten in de flowcytometrieanalyse (weergegeven in figuur 5) moet ervoor worden gezorgd dat deze poorten de overvloed aan cellen niet overschatten of onderschatten. Dit moet worden bepaald door de cellen terug op het weefsel in kaart te brengen, zoals in figuur 5, om te zien of de cellen die uw markers van interesse uitdrukken, in de analyse worden vastgelegd. Als er te veel cellen worden geselecteerd (bijvoorbeeld cellen die geen CD138 tot expressie brengen, worden geselecteerd als CD138+), dan moeten de poorten worden verschoven om minder tolerant te zijn, en als er te weinig cellen worden geselecteerd, moeten de poorten meer toegeeflijk worden gemaakt. Poorten moeten worden geoptimaliseerd voor selectiviteit, zodat de stroomopwaartse poorten eerst worden geoptimaliseerd en vervolgens elke volgende poort in de keten wordt geoptimaliseerd. Uiteindelijk zou een effectieve optimalisatie van een gating-strategie in staat moeten zijn om interessante celsubsets op te lossen (Figuur 6 en Figuur 7).

Figuur 6: Identificatie op basis van flowcytometrie van cellen in weefselsecties. (A) Fluorescerende waarden geëxporteerd van afzonderlijke cellen uit Software 3 in lymfekliersecties werden geanalyseerd in Software 4 om de vermelde celpopulaties te identificeren op basis van de getoonde poortstrategie. (B) Populaties die in Software 4 werden geïdentificeerd, werden teruggebracht naar dezelfde weefselsectie en voor elke populatie werden oppervlakken gegenereerd. De CD45-vlek wordt niet weergegeven. Schaal balk: 30 μm. Deze figuur is een bewerking van Jain et al.18. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: Uitsplitsing van individuele kleuringen en populaties in lymfeklieren van muizen. Individuele kleuringen voor immuuncelmarkers worden weergegeven in de bovenste panelen en de bijbehorende gated populatie die in figuur 6A is geïdentificeerd, wordt onder elke afzonderlijke kleuring weergegeven. Schaalbalk: 30 μm, weergegeven in het paneel linksboven. Deze figuur is een bewerking van Jain et al.18. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Deze techniek is eerdergebruikt 18 om infiltraten van immuuncellen in ruggenmerg te karakteriseren tijdens neuro-inflammatie en gevalideerd dat equivalente hoeveelheden infiltrerende immuuncellen worden gevonden met behulp van histoflowcytometrie en flowcytometrie. De techniek is ook gevalideerd, wat aantoont dat het werkt in milten en hersenen van muizen en verschillen kan identificeren tussen behandelingsomstandigheden, die werden gereproduceerd in identieke flowcytometrie-experimenten (niet gepubliceerd). Deze techniek is ook gebruikt om het ruggenmerg te analyseren van muizen die stereotactische injecties van de CZS-modellen kregen.

Figuur 8: Scheiding van 8 kleurstoffen in een menselijke amandelsectie. Menselijke amandelsecties werden gekleurd met CD20 om B-cellen te identificeren en IgM, IgA en IgG om plasmacellen te identificeren. Blimp1- en CD38-kleuringen werden opgenomen om de identiteit van plasmacellen verder te valideren, en Ki67 om prolifererende cellen te identificeren. De nucleaire gele vlek wordt niet weergegeven in de gecombineerde afbeelding. Schaalbalk: 22 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Deze techniek kan ook worden toegepast om secties van menselijk weefsel te analyseren. Als voorbeeld van kleuring in menselijke weefsels werden menselijke amandelsecties gekleurd met een selectie van 8 markers: een geit anti-humaan IgM-antilichaam geconjugeerd aan Dylight 405, Nuclear Yellow, een geit anti-humaan IgA-antilichaam geconjugeerd aan Alexa Fluor 488, een muis anti-humaan CD20-antilichaam gecombineerd met een geit anti-muis F(ab')2-fragment geconjugeerd aan PerCP-eFluor 710, een anti-humaan IgG van geiten geconjugeerd aan Cy3, een anti-humaan Ki67-antilichaam van een konijn geconjugeerd aan een anti-konijnantilichaam van geiten geconjugeerd aan PE-Alexa Fluor 610, een anti-humaan Blimp1-antilichaam van ratten gecombineerd met een anti-ratantilichaam van een ezel geconjugeerd aan Alexa Fluor 647, en een anti-humaan CD38-antilichaam van muizen geconjugeerd aan APC-R700. Na compensatie is de scheiding van deze markers in het amandelgedeelte te zien (figuur 8). Dit toont het nut van deze techniek aan in verschillende weefsels en soorten.
| Naam van de oplossing | Compositie | Hoe te maken |
| Buffer blokkeren | 10% paardenserum, 1% BSA en 0.1% koude viskleurgelatine in PBS | Voeg 5 ml paardenserum, 0,5 g BSA, 50 μl koude viskleurgelatine toe aan 45 ml PBS. Doe deze oplossing in buisjes van 15 ml en bewaar ze bij -20 °C tot ze nodig zijn. |
| Permanent en blokkeerbuffer | 10% Paardenserum, 1% BSA, 0,1% koude visvlekgelatine, 0,1% Triton X-100, 0,05% Tween-20 in PBS | Voeg 5 ml paardenserum, 0,5 g BSA, 50 μl koude viskleurgelatine, 50 μl Triton X-100 en 25 μl Tween-20 tot 45 ml PBS toe. Doe deze oplossing in buisjes van 15 ml en bewaar ze bij -20 °C tot ze nodig zijn. |
| Permanent en vlekkenbuffer | 1% BSA, 0,1% koude gelatine van visvlekken, 0,5% Triton X-100 in PBS | Voeg 0,5 g BSA, 50 μL koude viskleurgelatine en 250 μL Triton X-100 toe aan 50 ml PBS. Doe deze oplossing in buisjes van 15 ml en bewaar ze bij -20 °C tot ze nodig zijn. |
| Buffer voor blussen | 5% Trueblack, 66,5% ethanol, 28,5% water | Verwarm de Trueblack-oplossing voor op 70 °C gedurende 5 min. Voeg vervolgens 50 μL Trueblack toe aan 950 μL 70% ethanol om de Trueblack-buffer te maken. Maak dit elke keer vers. U heeft ~500 μL per glaasje nodig, hoewel de specifieke hoeveelheden afhangen van de aard van uw weefsels. |
| Buffer voor vlekken | 1% BSA en 0,1% koude vis vlekken gelatine in PBS | Voeg 0,5 g BSA en 50 μL koude viskleurgelatine toe aan 50 ml PBS. Doe deze oplossing in buisjes van 15 ml en bewaar ze bij -20 °C tot ze nodig zijn. |
Tabel 1: Een lijst van de oplossingen en hun samenstellingen die nodig zijn voor het kleuren van weefselcoupes.
Aanvullend coderingsbestand 1: Een Python-script dat de fluorescentiewaarden van elk kanaal verzamelt en één overzichtsbestand maakt. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullend coderingsbestand 2: Een Python-script dat een lijst maakt van alle ID-nummers van gated cells in een tekstbestand. Klik hier om dit bestand te downloaden.