Ogólne zalecenia
Kulturowanie ludzkich mikro naczyniowych komórek śródbłonka mózgu (HBEC-5i) zostało wcześniej opisane w 6, 8. Pasożyty P. falciparum hodowano zgodnie z opisem w 9. Zarówno hodowle HBEC-5i, jak i pasożytów P. falciparum powinny być przez cały czas utrzymywane w warunkach sterylnych. Wszystkie odczynniki należy uprzednio podgrzać do 37°C. Zalecamy regularne sprawdzanie obecności kontaminacji mykoplazmami10 za pomocą metody PCR (Minevera Biolabs, zgodnie z instrukcjami producenta). Protokół przedstawiono w skrócie na Ryc. 1.
1. Rutyniczna hodowla komórek śródbłonka
- Przygotuj niezbędne odczynniki.
|
Medium do przygotowania |
Odczynniki |
Ilość |
| "DMEM niepełny" | DMEM-F12 Ham | 50ml |
| | L-glutamina 20mM | 5ml |
| | Penicylina/streptomycyna 10X | 5 ml |
| | NaOH 1M | 1.3 ml (dostosować pH do 7.4) |
| "DMEM pełny" | "DMEM niepełny" | 450ml |
| | Surowica płodowa wołową inaktywowana ciepłem | 50ml |
| | Suplement wzrostu komórek śródbłonka | 5 ml |
- Hoduj komórki HBEC-5i w wentylowanej kolbie o powierzchni 25cm2 w 10ml kompletnej pożywki DMEM w inkubatorze przy 37°C i 5% CO2.
- Przeprowadzaj pasażowanie komórek po osiągnięciu pełnej konfluencji. Usuń starą pożywkę za pomocą odsysacza i przemyj dwukrotnie niekompletną pożywką DMEM lub PBS klasy kultur tkankowych (bez Ca2+ i Mg2+), uprzednio ogrzanym do 37°C.
- Dodaj 1ml uprzednio ogrzanego Trypsyny-EDTA (0,025% Trypsyny, 0,5mM EDTA), zamieszaj, aby pokryć całą powierzchnię kolby, i inkubuj przez ok. 2 min w 37°C.
- Sprawdź pod mikroskopem odwróconym, czy co najmniej 90% komórek oddzieliło się od podłoża. W razie potrzeby delikatnie uderz w dno kolby, aby odczepić przylegające komórki. Dodaj 10ml kompletnej pożywki DMEM w celu zablokowania działania trypsyny i przenieś komórki do probówki stożkowej o pojemności 15ml. Centryfuguj przez 4 min przy 300 g w temperaturze pokojowej (RT).
- Odlej nadsącz i resuspenduj osad w 10ml kompletnej pożywki DMEM. Pipetuj roztwór w górę i w dół, aby dokładnie resuspenderć komórki.
- Przenieś 1 lub 2 ml zawiesiny komórkowej do nowej kolby hodowlanej i dodaj 8ml świeżej pożywki w celu podtrzymania hodowli. Codziennie oceniaj wzrost kultury pod mikroskopem odwróconym i wymieniaj pożywkę co 2 lub 3 dni, zanim zmieni ona kolor na żółty.
2. Przygotowanie komórek śródbłonka do selekcji
- Na dwa dni przed dniem selekcji, do jednej (lub więcej) szalki Petriego o średnicy 60 mm dodaj fibronektynę rozcieńczoną w sterylnym PBS (2 μg/cm2). Inkubuj szalkę przez 5 do 20 min w temperaturze 37°C, a następnie usuń roztwór fibronektyny, który można przechowywać w 4°C przez miesiąc i wykorzystać ponownie jeden raz.
- Wykonaj pasażowanie komórek zgodnie z opisem w sekcjach 1.3. do 1.5. Zakładając, że odłączone komórki przy 100% konfluencji zawieszono w 10 ml kompletnego medium DMEM (sekcja 1.6., w przypadku niższej konfluencji zawiesić w odpowiednio mniejszej objętości medium, np. w 8 ml, jeśli konfluencja wynosiła 80%), dodaj 1,5 ml zawiesiny komórkowej do szalki Petriego powlekanej fibronektyną oraz kolejne 1,5 ml kompletnego medium DMEM.
- Umieść zasianą szalkę Petriego w inkubatorze. Uwaga: Optymalnie konfluencja powinna wynosić około 90% w momencie selekcji dwa dni później.
- Opcjonalnie. Aby aktywować HBEC-5i, 24 godziny przed selekcją dodaj cytokinę TNF (Tumour Necrosis Factor) do końcowego stężenia 50μg/ml.
3. Rutynowa hodowla Plasmodium falciparum
- Przygotować niezbędne odczynniki (patrz tabela poniżej). Przygotować ludzkie erytrocyty (RBC), oddzielając je z krwi pełnej (grupa O+) poprzez przepuszczenie przez filtr do usuwania leukocytów (ogólne zasady hodowli pasożytów malarii opisano w publikacji „Methods in Malaria Research”11). Przemyć erytrocyty dwukrotnie, wirując przy 40 g przez 5 min i resuspendując je w 10 ml niepełnej pożywki RPMI. Przechowywać przemyte erytrocyty w temperaturze 4°C w pożywce niepełnej przy hematokrycie 50%.
| Pożywka do przygotowania | Odczynniki | Ilość |
| "RPMI niepełna" | RPMI 1640 (z wodorowęglanem) | 50ml |
| | Hepes 1M | 12.5ml |
| | Glukoza 20% | 5ml |
| | L-glutamina 200mM | 5ml |
| | Gentamycyna 50mg/ml | 250μl |
| | NaOH 1M | 0.7 ml (dostosować pH do 7.2) |
| "RPMI pełna" | "RPMI niepełna" | 450ml |
| | Pooled human (non-immune) serum | 50ml |
- Hodować zakażone P. falciparum erytrocyty w pełnej pożywce RPMI przy 2% hematokrycie i inkubować w temperaturze 37°C w atmosferze 3% CO2, 1% O2 i 96% N2. Codziennie wykonywać rozmaz Giemsy1 w celu oceny stadium rozwoju pasożytów (Rysunek 2).
- Regularnie (około raz w tygodniu) synchronizować hodowlę poprzez traktowanie sorbitolem12. W dniu poprzedzającym test selekcyjny dążyć do uzyskania hodowli w stadium pierścienia przy parasitemii 5% lub wyższej (idealnie co najmniej 10%).
4. Selekcja P. falciparum pod kątem cytoadhezji do komórek śródbłonka
- W dniu przeprowadzenia analizy hodowla pasożytów powinna znajdować się w stadium pigmentowanych trofozoitów (Rysunek 2) (idealnie 10% parasitemii), natomiast hodowla HBEC-5i powinna osiągnąć od 50 do 100% konfluencji (idealnie 90%). Na każdą płytkę Petri z HBEC-5i wymagane jest 30μl objętości spakowanych komórek hodowli pasożytów.
- Przemyj pasożyty dwukrotnie, wirując (50g przez 5 min) 1,5ml hodowli pasożytów. Odlej nadosad i resuspenduj w 10ml świeżo przygotowanego, ogrzanego, niepełnego medium DMEM. Powtórz płukanie drugi raz. Resuspenduj 30μl objętości spakowanych komórek w 1,5ml niepełnego DMEM z 1% BSA.
- Przemyj powleczoną komórkami HBEC-5i płytkę Petri dwukrotnie, odsysając medium i dodając 3ml niepełnego DMEM.
- Dodaj zawiesinę pasożytów do płytki z HBEC-5i i inkubuj w 37°C przez 75min. Dwukrotnie resuspenduj pasożyty (po 30 i 60 min) podczas inkubacji, delikatnie kołysząc płytką w czterech kierunkach, a także zgodnie i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
- Po inkubacji przemyj płytkę 5 razy poprzez odsysanie medium, dodawanie 3ml ciepłego niepełnego medium DMEM za pomocą plastikowej pipety Pasteura oraz delikatne kołysanie. W przypadku użycia wielu płytek, trzymaj je na ciepłej powierzchni, np. w dużej kolbie wypełnionej wodą o temperaturze 37°C.
- Sprawdź płytkę pod mikroskopem odwróconym. Jeśli wciąż widoczne są liczne niezakażone RBC, wykonaj dodatkowe płukania zgodnie z powyższym opisem. Operuj płytką Petri bardzo ostrożnie, aby uniknąć ryzyka kontaminacji.
- Usuń medium z płytki i dodaj 3ml ciepłego pełnego medium RPMI z 40μl objętości spakowanych komórek świeżych uRBC.
- Umieść płytkę w szczelnej komorze inkubacyjnej, przeprowadź gazowanie przez 3 min i umieść komorę w inkubatorze w 37°C na noc.
- Następnego dnia zbierz pasożyty, płukąc je niepełnym medium RPMI w sposób podobny do opisanego w sekcji 4.4, ale intensywniej. Całe zużyte medium (zawierające zresuspendowane RBC) przechowuj w probówce stożkowej 15ml. Sprawdź pod mikroskopem odwróconym, czy wszystkie RBC zostały usunięte z płytki.
- Odwiruj pasożyty, odlej nadosad, resuspenduj w 5ml pełnego medium RPMI i przelej mieszaninę do kolby do standardowego hodowania.
5. Reprezentatywne wyniki
Nieselekcjonowane pasożyty wykazują niski poziom wiązania do HBEC-5i (Rysunek 3A). W związku z tym, po pierwszej rundzie selekcji, zebrać zostanie bardzo mało pasożytów, a osiągnięcie parasytemii wystarczającej do drugiej rundy selekcji może wymagać nawet miesiąca hodowli. Po każdej rundzie selekcji coraz więcej pasożytów wiąże się z komórkami śródbłonka, co pozwala na powtarzanie selekcji w krótszych odstępach czasu. Po 4-5 rundach selekcji uzyskuje się populacje pasożytów o wysokim powinowactwie do wiązania (Rysunek 3).
W naszych badaniach wiązanie HB3-HBEC do HBEC-5i lub aktywowanych TNF HBEC-5i znajdowało się na podobnym poziomie (dane nie zostały przedstawione).
Opisany tutaj protokół został przetestowany na 4 szczepach P. falciparum: HB3, IT/FCR3, 3D7 oraz Dd2 (Tabela 1). Tylko ten ostatni okazał się niezdolny do wiązania się z HBEC-5i, nawet po 5 rundach selekcji.
Wyselekcjonowano również pasożyty HB3 pod kątem cytoadhezji do ludzkich mikro naczyniowych komórek śródbłonka skóry i płuc (HDMEC oraz HPMEC). Po 4 rundach selekcji, przy zastosowaniu opisanej tutaj metody, uzyskano populację o wysokim stopniu wiązania zarówno na HDMEC, jak i HPMEC (Rysunek 4).

Rysunek 1. Przegląd procesu selekcji.

Rysunek 2. Etapy rozwoju P. falciparum zakażone erytrocytyPreparat barwiony metodą Giemsy oglądany pod mikroskopem przy powiększeniu 10X.

Rycina 3. Typowy przykład wiązania się pasożytów z komórkami HBEC-5i(A) Niebieska warstwa to komórki HBEC-5i utrwalone glutaraldehydem i barwione metodą Giemsy, obrazowane pod mikroskopem przy powiększeniu 100X. Zdjęcia wykonano po wypłukaniu uRBC oraz nie związanych iRBC. Panel po lewej stronie przedstawia pojedynczą P. falciparum Pasożyt HB3 (nie wyselekcjonowany) związany z HBEC-5i. Na panelu prawym pasożyty HB3-HBEC były selekcjonowane przez 5 rund. (B) Dane przedstawiają średnią z dwóch niezależnych eksperymentów, z których każdy przeprowadzono w duplikacie. Policzono liczbę pasożytów związanych z jedną komórką śródbłonka.

Tabela 1. Podsumowanie Plasmodium falciparum szczepy, które zostały pomyślnie wyselekcjonowane pod kątem wiązania z HBEC-5i. Należy zauważyć, że HB3 był selekcjonowany również na aktywowanych TNF komórkach HBEC-5i. Po 5 rundach selekcji szczep Dd2 nie wykazał zwiększonego wiązania z HBEC-5i w porównaniu do nieselekcjonowanego szczepu Dd2.

Rycina 4. Wiązanie P. falciparum pasożyty HB3 do komórek śródbłonka skóry (HDMEC) i płuc (HPMEC), przed i po 4 rundach selekcji. Choć pożywka hodowlana dla HDMEC i HPMEC nieznacznie się różni (patrz instrukcje dostawcy), protokół wykorzystany do selekcji był identyczny jak w przypadku HBEC-5i. Zdjęcia wykonane przy 40-krotnym powiększeniu.
| Nazwa odczynnika | Firma | Numer katalogowy | Uwagi |
| DMEM-F12 Ham | Sigma | D6421 | Do pełnej pożywki DMEM |
| L-glutamina 200mM | GIBCO | 25030 | Do pełnych pożywek DMEM i RPMI |
| Penicylina/streptomycyna 10X (100 units/ml i 10mg/ml) | ScienCell | 0503 | Do pełnej pożywki DMEM |
| Płóca wołowa (FBS) inaktywowana ciepłem | ScienCell | 025 | Do pełnej pożywki DMEM |
| Trypsyna-EDTA (0,025% Trypsin, 0,5mM EDTA) | ScienCell | 0103 | |
| Suplement wzrostu komórek śródbłonka | ScienCell | 1052 | Do pełnej pożywki DMEM |
| Szalki Petriego 60 mm X 15 mm do hodowli tkankowych | BD | 35302 | |
| Ludzka fibronektyna | Millipore | FC010 | Stosować w stężeniu 2 μg/cm2 |
| TNF | R&D Systems | 210-TA | opcjonalnie, stosować w stężeniu 50 μg/ml |
| RPMI 1640 | Lonza | BE12-167F | Do pełnej pożywki RPMI |
| Gentamycyna 50mg/ml | Lonza | 17-518Z | Do pełnej pożywki RPMI |
| Hepes 1M | Lonza | BE17-737E | Do pełnej pożywki RPMI |
| HDMEC | ScienCell | 20 | Pierwotna linia komórkowa |
| HPMEC | ScienCell | 30 | Pierwotna linia komórkowa |
| HBEC-5i | | | Otrzymano od Francisco Candal (fcandal@cdc.gov) |
Tabela 2. Materiały