1. Dysocjacja tkanki rdzenia kręgowego
- Segmenty rdzenia kręgowego T8-T10 u nieuszkodzonych lub z kontuzyjnym urazem rdzenia (uraz na poziomie T9) szczurów Sprague Dawley wypreparowano i poddano dysocjacji mechanicznej za pomocą precyzyjnych nożyczek w roztworze HBSS w temperaturze pokojowej, zgodnie z wcześniejszym opisem 1. Przed dysocjacją tkanki całe kolumny rdzenia kręgowego przechowywano na suchym lodzie przez 5 minut przed wycięciem segmentów T8-T10.
- Fragmenty tkanki odzyskano poprzez wirowanie (1 minuta, 1000 rpm, temperatura pokojowa), a następnie poddano dysocjacji enzymatycznej z użyciem 2,5 mg trypsyny i 5 mg kolagenazy w 5 ml DME (Dulbecco’s Modified Eagle’s Media) przez 20 minut w temperaturze 37°C przed tryturacją (ok. 10 razy w temperaturze pokojowej) za pomocą szklanej pipety Pasteura (9 cali).
- Do komórek dodano 10 ml DME + 10% płodowej surowicy bydlęcej w celu zahamowania aktywności enzymatycznej, a następnie przefiltrowano zawiesinę przez sito komórkowe o oczkach 40 μm. Po krótkim wirowaniu osad komórkowy resuspendowano w 6 ml HBSS i naniesiono na gradienty OptiPrep opisane poniżej.
2. Przygotowanie roztworów gradientowych OptiPrep
- Rozcieńczony OptiPrep przygotowano poprzez rozcieńczenie OptiPrep w stosunku 1:1 buforem MOPS (0,15 M NaCl, 10 mM MOPS, pH 7,4).
- Cztery roztwory gradientu OptiPrep przygotowano, mieszając 350, 250, 200 lub 150 μl rozcieńczonego OptiPrep z HBSS do końcowej objętości 1 ml (Tabela 1).
- Cztery roztwory nakładano powoli i ostrożnie warstwami do stożkowej probówki o pojemności 15 ml, zaczynając od najmniej rozcieńczonego na spodzie i najbardziej rozcieńczonego na górze (Rycina 1A).
3. Oddzielanie resztek lipidowych/mielinowych od komórek
- 6 ml zdysocjowanych komórek rdzenia kręgowego w HBSS ostrożnie nałożono na roztwory gradientu OptiPrep.
- Probówkę zawierającą komórki i roztwory gradientu odwirowano (15 minut, 1900 rpm lub 726 RCF, 20 °C) w wirówce Eppendorf Centrifuge 5810R z rotorem z koszyczkami (A-4-62), co pozwoliło na rozdzielenie zawiesiny komórkowej na wyraźne warstwy: szczątki lipidowe/mielinowe (górne 7 ml probówki), następnie 3 warstwy neuronów, z komórkami zapalnymi, glejem i erytrocytami w osadzie. Choć większość komórek zapalnych, w tym monocyty, makrofagi, granulocyty PMN i limfocyty, znajdowała się w osadzie, niektóre duże, aktywowane makrofagi mogły występować w warstwach powyżej osadu.
- Warstwę szczątków lipidowych/mielinowych (górne 7 ml) ostrożnie odessano i usunięto. Następnie komórki przemyto i resuspendowano w 2,5 ml HBSS i wykorzystano do poniższego immunoznakowania.
4. Immunoznakowanie specyficznych komórek odpornościowych do cytometrii przepływowej
- Komórki (500 μl) pobrane z preparatów rdzenia kręgowego odwirowano i zawieszono w 0,85% chlorku amonu (rozcieńczonym w wodzie destylowanej) na 5 minut w celu lizy erytrocytów.
- Komórki przemyto 500 μl HBSS, a następnie blokowano przez 30 minut w normalnym surowicy królika lub myszy w temperaturze pokojowej.
- Komórki przemyto i inkubowano w temperaturze pokojowej przez 1 godzinę z przeciwciałem (Rabbit anti-PMN FITC, Accurate Chemical and Scientific; Mouse anti-rat ED1 Alexa 488, Serotec; lub Mouse anti-rat CD3 Alexa 488) lub roztworem izotypowego IgG rozcieńczonym w HBSS (wszystkie w rozcieńczeniu 1:100), zgodnie z wcześniejszym opisem 1.
- Po każdym z powyższych etapów komórki przemyto dwukrotnie, a po ostatnim etapie zawieszono w 300 μl HBSS.
5. Ilościowa ocena komórek metodą cytometrii przepływowej
- Próbki analizowano na cytometrze przepływowym FACS Calibur (Becton-Dickinson) przy użyciu oprogramowania Cell Quest. Dla wszystkich próbek odczytano 5 000 zdarzeń na próbkę, a analizę danych przeprowadzono w programie Summit (DakoCytomation).
- Bramki cytometryczne ustawiono przy użyciu komórek znakowanych izotypem IgG kontrolnym lub komórek rdzenia kręgowego od nieuszkodzonych zwierząt kontrolnych, aby określić wartości bazowe dla normalizacji w różnych punktach czasowych, zgodnie z wcześniejszym opisem 1. Średnie wartości dodatnio znakowanych komórek wyrażono jako procent (± S.E.M.) całej próbki.
6. Reprezentatywne wyniki:
Zdolność gradientu OptiPrep do usuwania resztek mieliny i poprawy detekcji komórek odpornościowych za pomocą cytometrii przepływowej została oceniona poprzez ilościowe oznaczenie PMN w rdzeniu kręgowym w 1. dobie po urazie (Rycina 1B), co zgodnie z wcześniejszymi doniesieniami stanowi szczyt infiltracji PMN po SCI 1-3. Alternatywnie, identycznie wypreparowane rdzenie kręgowe poddano dysocjacji enzymatycznej bez usuwania resztek mieliny za pomocą OptiPrep, a następnie w sposób analogiczny oceniono równolegle infiltrację PMN metodą cytometrii przepływowej. Jak zgłosiliśmy wcześniej 1, w próbkach izolowanych z zastosowaniem metody oczyszczania gradientem OptiPrep zaobserwowano przesunięcie pozycji zdarzeń w porównaniu do samej dysocjacji enzymatycznej; wykazało to, że odsetek PMN wykrytych w próbkach z nienaruszoną mieliną stanowił jedynie ułamek (0,5%) odsetka PMN wykrytych (5,1%) w próbkach oczyszczonych za pomocą OptiPrep (Rycina 1B). Dane te sugerują, że resztki mieliny w preparatach tkankowych mogą zafałszowywać odczyty cytometrii przepływowej i dowodzą, że usunięcie resztek mieliny zwiększa czułość detekcji komórek odpornościowych w uszkodzonej tkance rdzenia kręgowego.
Po potwierdzeniu czułości systemu gradientowego OptiPrep w wykrywaniu komórek w uszkodzonym rdzeniu kręgowym, scharakteryzowaliśmy zmiany w infiltracji komórkowej w okresie od 2 godzin do 180 dpi oraz wykazaliśmy nową, wielofazową odpowiedź zapalną komórek po SCI, obejmującą PMN, makrofagi/mikroglej oraz limfocyty T. Jak potwierdziły wcześniejsze badania 1-3, PMN najpierw przeniknęły do rdzenia w 2 godzinie po urazie, a ich liczba osiągnęła szczyt w 1 dpi (Rysunek 2 i 4). Z kolei makrofagi/mikroglej 1,4,5 nie były wykrywane w uszkodzonym rdzeniu kręgowym aż do 3 dpi, a ich pierwsza fala szczytowa wystąpiła w 7 dpi (Rysunek 3 i 4). Co zaskakujące, po raz pierwszy wykazujemy, że liczba makrofagów/mikrogleju osiągnęła drugi szczyt w 60 dpi i pozostawała podwyższona aż do 180 dpi (Rysunek 3 i 4). Podobnie jak w przypadku makrofagów/mikrogleju, przewidywano, że infiltracja limfocytów T osiągnie szczyt w 7 dpi 5-7; jednak cytometria przepływowa nie wykazała żadnych zmian w liczbie limfocytów T w ciągu pierwszych 7 dpi, choć podwyższoną liczbę tych komórek stwierdzono w 9 dpi (1,6%) (Rysunek 4). Podczas gdy liczba limfocytów T spadała do 10 dpi, obserwowano trwałą odpowiedź limfocytów T aż do 180 dpi, kiedy to 4,4% komórek było znakowanych dla CD3 (Rysunek 4).
Wspólnie dane te wykazują zależną od czasu wielofazową odpowiedź stanu zapalnego komórek po SCI (Rysunek 4); początkowe fazy zapalenia komórkowego obejmowały wczesny szczyt liczebności PMN w 1 dpi, po którym nastąpił szczyt makrofagów/mikrogleju ED1+ w 7 dpi oraz limfocytów T w 9 dpi, natomiast późniejsze fazy składały się ze wzrostu wszystkich trzech populacji komórkowych po 14 dpi, utrzymującego się do 180 dpi, z wyraźnym drugim szczytem makrofagów/mikrogleju w 60 dpi. To badanie przebiegu czasowego oraz ilościowe dane uzyskane za pomocą cytometrii przepływowej zostały wcześniej zwalidowane, wykazując wyniki porównywalne z danymi zebranymi z ilościowej stereologii immunoznakowanych przekrojów rdzenia kręgowego 1.

Tabela 1. Przygotowanie gradientu OptiPrep do usuwania resztek mieliny. Cztery roztwory gradientu OptiPrep są przygotowywane z użyciem HBSS oraz rozcieńczonego OptiPrep (rozcieńczenie OptiPrep i MOPS w stosunku 1:1).

Rysunek 1. Gęstości gradientu OptiPrep oddzielają większość mieliny/zanieczyszczeń od tkanek i komórek uszkodzonego rdzenia kręgowego oraz poprawiają ocenę komórek odpornościowych za pomocą cytometrii przepływowej. (A) Mielina/zanieczyszczenia zostały oddzielone od komórek (neuronów, gleju i komórek odpornościowych) po wirowaniu zdysocjowanej tkanki rdzenia kręgowego w gradiencie OptiPrep, a następnie odessaniu warstwy mieliny/zanieczyszczeń. (B) Liczba PMN w uszkodzonym rdzeniu kręgowym, wykazująca zwiększoną czułość w wykrywaniu PMN po usunięciu zanieczyszczeń (test t Studenta, p = 0.0001). Wszystkie bramki cytometryczne zostały ustawione przy użyciu znakowanych komórek od nieuszkodzonych zwierząt; n=5 na grupę, średnia ± SEM. Dla wszystkich próbek odczytano 5,000 zdarzeń na próbkę, a średnie wartości dodatnio znakowanych komórek wyrażono jako procent (± S.E.M.) całej próbki.

Rycina 2. Wykrywanie nacieku PMN w uszkodzonym rdzeniu kręgowym za pomocą cytometrii przepływowej. Po umiarkowanym urazie stłuczeniowym (200 kd) na poziomie T9, PMN szybko przenikały do rdzenia kręgowego, zaczynając od 2 h (B) po urazie, z osiągnięciem szczytu w 1 dpi (C). Wszystkie bramki cytometryczne zostały ustawione przy użyciu znakowanych komórek z nieuszkodzonych zwierząt (A).

Rycina 3. Wykrywanie infiltracji makrofagów/mikrogleju w uszkodzonym rdzeniu kręgowym za pomocą cytometrii przepływowej. Po umiarkowanym urazie stłuczeniowym (200 kd) na poziomie T9, liczba makrofagów/mikrogleju ED1+ w uszkodzonym rdzeniu kręgowym wzrosła poczynając od 3 dpi (D), osiągnęła ostry szczyt w 7 dpi (E), spadła do niskich poziomów w 14 dpi (F), a następnie wzrosła do drugiego szczytu w 60 dpi (G) i utrzymywała się w uszkodzonym rdzeniu kręgowym do 180 dpi (H). Kontrola izotypowa IgG dla komórek rdzenia w 7 dpi (B) wykazała minimalne tło znakowania przeciwciałami i brak różnic w porównaniu do komórek znakowanych przeciwciałami z zwierząt 2 h po urazie (C) lub zwierząt nieuszkodzonych (A). Wszystkie bramki cytometryczne ustawiono przy użyciu znakowanych komórek od zwierząt nieuszkodzonych.

Tabela 2. Próbki zwierzęce w eksperymentach z przebiegiem czasowym. Dla każdego punktu czasowego (od 0 h do 180 dpi) pięć zwierząt otrzymało umiarkowany (200 kd) uraz stłuczeniowy na poziomie T9, a tkanki rdzenia kręgowego poddano analizie cytometrią przepływową w celu określenia liczby PMN, makrofagów/mikrogleju ED1+ oraz limfocytów T CD3+. Jednak nie wszystkie próbki zwierzęce zostały pomyślnie odzyskanymi do analiz cytometrycznych PMN (4-5), ED1 (3-5) i CD3 (4-5).

Rycina 4. Przebieg czasowy stanu zapalnego w rdzeniu kręgowym po umiarkowanym urazie stłuczeniowym (200 kd) na poziomie T9. Oceny wykonanej za pomocą cytometrii przepływowej wykazały, że liczba PMN, makrofagów/mikrogleju ED1+ oraz limfocytów T CD3+ osiągnęła szczyt w fazie ostrej (odpowiednio 1, 7 i 9 dpi) i utrzymywała się w fazie chronicznej w uszkodzonym rdzeniu kręgowym. n=3 do 5 na grupę, średnia ± SEM.