$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Poniższy protokół opisuje ogólną procedurę wprowadzania konstruktów FSL (Rysunek 1) do błon biologicznych. Dla uproszczenia protokół będzie odnosił się tylko do komórek (kodecytów), które są w 100% stężeniu. Jednak termin komórki jest wymienny z wirionami (kodewirionami) lub organizmami lub strukturami komórkowymi, a ich stężenie w rozcieńczalniku nie jest ważne, pod warunkiem, że zawsze jest spójne między testami, kontrolami i eksperymentami. W przypadku czerwonych krwinek objętość upakowanych komórek wynosi zwykle 80%, ale w przypadku wirionów, zarodków i innych komórek jest to zwykle mniej niż 1%. Metoda jest bardzo wytrzymała i będzie wytwarzać zmodyfikowane membrany, gdy będzie używana przez którąkolwiek z jej odmian, ale konieczne będzie udoskonalenie w celu optymalizacji i standaryzacji stopnia modyfikacji wymaganego dla określonych zastosowań.
1. Przygotowanie konstrukcji FSL
- Aby przygotować roztwór podstawowy FSL, należy najpierw rozpuścić suchy produkt FSL (Tabela 1) przez dodanie 1,0 ml rozcieńczalnika (lub zgodnie z zaleceniami w ulotce produktu) do fiolki z produktem. Krótka sonikacja (30 sekund). W ten sposób zostanie przygotowany roztwór o wielkości 1 mg/ml, który można rozlać do sterylnych pojemników o pojemności 100 μl i przechowywać w temperaturze 2-8°C przez okres do jednego tygodnia lub zamrozić na okres do 3 miesięcy.
- Aby przygotować działające roztwory konstruktorów FSL do indukcji, tuż przed użyciem krótko sonikować (30 sekund) roztwór podstawowy w celu homogenizacji dowolnych miceli. Rozcieńczyć konstrukt FSL w buforze (najlepiej niezawierającym lipidów lub materiału wysoce hydrofobowego) do wymaganego stężenia lub w pożądanym zakresie w określonym zakresie.
Uwagi:
- Konstrukty FSL zwykle wstawiają się do komórek w pożywkach zawierających lipidy, ale zazwyczaj wymagają nawet 50 razy wyższych stężeń roboczych FSL niż w przypadku PBS lub innych pożywek wolnych od lipidów.
- Rozcieńczenia zakresu roboczego będą zależeć od zastosowania, czułości metody wykrywania, rodzaju konstrukcji FSL i wymaganego stopnia modyfikacji. Zazwyczaj zakres rozcieńczenia wynosi od 10 do 500 μg FSL na ml rozcieńczalnika dla węglowodanowych konstruktów FSL i 1-100 μg / ml dla innych konstruktów FSL, takich jak fluorofory i biotyna.
- Jeśli przygotowujesz rozcieńczalniki insercyjne zawierające wiele konstruktów FSL, po prostu dodaj konstrukty razem w tym samym rozcieńczalniku w ich normalnym stężeniu roboczym. Jeśli jeden konstrukt ma znacznie wyższe stężenie niż inny, może być wymagana pewna korekta (wzrost) stężenia dla mniejszego konstruktu. Alternatywnie konstrukty mogą być dodawane sekwencyjnie, najlepiej z konstruktem o najwyższym stężeniu jako pierwszym, a następnie o mniejszym.
- Stężenia FSL powyżej 1000 μg/ml mogą wprowadzać znaczne ilości lipidów do błony komórkowej i mogą zmieniać kształt komórki lub czynić ją bardziej podatną na lizę.
- Roztwory robocze FSL należy przechowywać w temperaturze 2-8°C i zużyć w ciągu kilku dni.
- Konstrukty FSL można rozcieńczać w wodzie, ale będą miały zmniejszoną stabilność i muszą być zużyte w ciągu kilku godzin. Jeśli w ulotce dołączonej do opakowania jako rozcieńczalnik do rozpuszczenia substancji chemicznej podano wodę, produkt w fiolce będzie również zawierał sole (zgodnie z zaleceniami zawartymi w ulotce dołączonej do opakowania).
2. Wprowadzanie konstrukcji FSL do membran
- Najpierw umyj komórki do modyfikacji FSL wolne od niezwiązanych lipidów przez odwirowanie i użycie PBS lub pożywki komórkowej wolnej od lipidów jako roztworu do mycia.
- Upakować komórki lub zawiesić w 100 μl rozcieńczalnika.
- Jednocześnie należy przygotować kontrole, które w idealnym przypadku powinny być zarówno niezmodyfikowanymi komórkami (inkubowanymi z PBS, a nie roztworem FSL) i/lub komórkami zmodyfikowanymi łagodnym, ale pokrewnym konstruktem FSL.
- Dodać 100 μl odpowiedniego rozcieńczonego roztworu FSL (zawierającego 1 lub więcej konstruktów FSL) do komórek i inkubować przez 1-2 godziny w temperaturze 37 °C. Podobny wynik można uzyskać przez 6 godzin inkubacji w temperaturze 25°C lub przez noc (18 godzin) w temperaturze 4°C – w przypadku stosowania ciężkich zawiesin komórkowych zaleca się mieszanie co kilka godzin.
- Przemyć (opcjonalnie) dwukrotnie PBS lub pożywką w celu usunięcia wszelkich wolnych konstruktów FSL i przygotować odpowiednią zawiesinę.
Uwagi:
- Rozcieńczalnikiem stosowanym do zawieszania komórek mogą być pożywki do hodowli komórkowych, PBS, roztwory do przechowywania komórek itp., ale najlepiej bez lipidów (np. płodowa surowica cielęca) lub detergentów (np. TWEEN).
- Można stosować różne objętości (niż 100 μl) (niż 1:1 komórek/roztwór FSL) lub warunki inkubacji dotyczące czasu i temperatury, pod warunkiem że w celu uzyskania powtarzalnych wyników stosuje się te same stosunki, stężenie i objętość.
3. Obsługa i wizualizacja
- Po zakończeniu procesu modyfikacji FSL kodecyty mogą być przechowywane w temperaturze 4-8°C w pożywkach wolnych od lipidów lub wykorzystywane.
- Kodecyty i kodewiriony na ogół zachowują się tak samo jak niezmodyfikowane komórki/wiriony i mogą być obsługiwane i oglądane w normalnych systemach testowych (mikroskopia, serologia, cytometria przepływowa itp.). Zwykle nie mają specjalnych wymagań, z wyjątkiem unikania rozpuszczalników/detergentów/lipidów, które mogą wymywać konstrukty lipidowe z błon.
Uwagi:
- Konstrukty pozostaną w błonie nieaktywnych komórek, takich jak krwinki czerwone, jeśli będą przechowywane w pożywkach wolnych od lipidów przez całe życie komórki. W komórkach z aktywnymi błonami konstrukty zostaną zinternalizowane i zmetabolizowane w tempie zależnym od aktywności błony komórkowej.
- Martwe komórki zwykle zawierają wysoki poziom konstruktów FSL; można to wykorzystać do oddzielenia komórek niezdolnych do życia od komórek żywotnych.
- Jeśli kodecyty są przechowywane (lub używane in vivo) w pożywkach/środowiskach zawierających lipidy, takich jak surowica/osocze, konstrukt będzie powoli wymywał się z błony przez kilka godzin lub dni, w zależności od temperatury i stężeń/składu lipidów.
4. Reprezentatywne wyniki:
- Poniższe reprezentatywne wyniki zależą od zastosowanego konstruktu (tabela 1), jego wprowadzonego stężenia oraz względnej czułości i swoistości systemu (układów) wykrywania. Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie konstrukty FSL zostaną wstawione do komórek po 1 godzinie, ale dla każdej sytuacji konieczne będzie ustalenie optymalnych warunków.
- Konstrukcje FSL mogą być używane do oznaczania zewnętrznej strony różnych żywych komórek3-9,11,14. W przykładach pokazanych na rycinie 2 wykorzystano zarodki w różnych stadiach (ponieważ są to komórki kruche), ale można również znakować inne komórki (ryc. 3) lub wiriony otoczkowe (ryc. 4). FSL-fluoresceina pozwala na bezpośrednie znakowanie powierzchni (ryc. 2-4), podczas gdy FSL-biotyna i inne konstrukty FSL mogą wymagać użycia wtórnego systemu wykrywania (zwykle awidyny/przeciwciał/lektyn) w celu wykazania ich obecności (ryc. 5).
- Markery grup krwi o swoistości ludzkiej lub zwierzęcej mogą być przyłączone do komórek, w tym do krwinek czerwonych4-9 (ryc. 6). Ponieważ ilość konstruktu FSL na kodecytach jest kontrolowana i odtwarzalna4-6, można uzyskać kodecyty do ilościowego oznaczania przeciwciał (tabela 2 i ryc. 6). Rzeczywiste źródło komórek nie jest ważne, mogą to być dowolne gatunki, a nawet tego samego pochodzenia co źródło przeciwciała, zapewniając w ten sposób, że jedynym niezgodnym antygenem jest ten wprowadzony przez FSL7,8 (ryc. 6).

Tabela 2. Reprezentatywne reakcje serologiczne trzech różnych kodecytów FSL-A(tri) krwinek czerwonych testowane w stosunku do rozcieńczeń monoklonalnej anty-A. Roztwór 50 μM FSL-A(tri) podczas inkubacji z równą objętością krwinek czerwonych grupy O wytworzył silne komórki dodatnie antygenu A, które można było wykryć przez rozcieńczenie monoklonalnego anty-A w stosunku 1:512. 5- i 10-krotnie niższe roztwory FSL-A (tri) wytwarzały kodecyty z mniejszą ekspresją antygenu grupy krwi A.

Rysunek 1. Omówienie konstrukcji FSL. Podobnie jak kwiat, konstrukt FSL składa się z trzech głównych elementów. Funkcjonalna głowa (F) w przypadku konstruktu FSL może składać się z wielu różnych biologicznie funkcjonalnych grup, przekładka (S) zaprojektowana w celu wywołania odstępów F od błony, poprawy dyspergowalności wody i niereaktywności z surowicą, podczas gdy lipid diacylowy umożliwia konstruktowi spontaniczne włączenie się w powierzchnie. (I) FSL-GB3 z grupą krwi Gb3 (lub Pk) epitopem trisacharydowym Galα4Galβ4Glcβ. (II) FSL-A(tri) z epitopem trisacharydowym grupy krwi A GalNAcα3(Fucα2)Galβ. (III) FSL-fluoresceina. (IV) FSL-biotyna z pojedynczym ugrupowaniem biotyny F. Grupa funkcyjna struktur w I-III jest sprzężona z aktywowaną pochodną adypinianu dioleoilofosfatydyloetanoloaminy (DOPE), podczas gdy dystans struktury IV jest oparty na adypinianu karboksymetyloglicyny.

Rysunek 2. Mysie zarodki znakowane FSL-Fluoresceiną. Wszystkie obrazy przedstawiają żywe zarodki, które zostały oznaczone, gdy ich osłonka przejrzysta (ZP) była nienaruszona (tj. konstrukt FSL przeszedł przez ZP w celu oznaczenia zarodka w środku). Obrazy I-IV przedstawiają zarodki wolne od ZP uwolnione z ich ZP z tyrodami kwasowymi po znakowaniu fluoresceiną FSL. Identyczne barwienie występuje niezależnie od tego, czy zarodki zostały zmodyfikowane FSL z nienaruszonym ZP, czy bez ZP. Zarodki są bezpośrednio znakowane fluoresceiną FSL, metodą 2 godzin w temperaturze 37°C w pożywce do hodowli komórek wolnych od surowicy, myte, a następnie oglądane pod mikroskopią fluorescencyjną. (I) Dwukomórkowy zarodek myszy wolny od ZP, wykazujący również klasyczne intensywne barwienie ciała polarnego. (II-III) Czterokomórkowe i ośmiokomórkowe zarodki myszy wolne od ZP, oba wykazujące cieniste zabarwienie komórek, które znajdują się poza płaszczyzną ostrości mikroskopu. (IV) 16-komórkowy zarodek mysi wolny od ZP. (V) Nienaruszone zarodki mysiej blastocysty ZP (d4-d5), w których znakowany jest zarówno zarodek, jak i zona.

Rysunek 3. FSL-Fluoresceina i danio pręgowany14. (I) Mikroangiografia larw danio pręgowanego o sile 52 hpf (godzin po zapłodnieniu) bezpośrednio wstrzykniętych do krążenia za pomocą fluoresceiny FSL. Układ naczyniowy danio pręgowanego jest poplamiony. (II) Heterogenne komórki tkanki nerki danio pręgowanego FSL-fluoresceiny (kodecyty ZK) zostały stworzone ex vivo, a następnie mikrowstrzyknięte do krążenia biorcy 52 hpf danio pręgowanego. Obserwacje in vivo kodecytów ZK wykonano 2 godziny po wstrzyknięciu, obrazując naczynia krwionośne pod wpływem fluorescencji za pomocą mikroskopii poklatkowej. Pokazana jest pojedyncza klatka wideo z dużymi wolno poruszającymi się lub nieruchomymi komórkami (oznaczonymi pomarańczowymi strzałkami) i szybko poruszającymi się komórkami (rozmyte obrazy spowodowane ruchem - oznaczone zielonymi strzałkami). Znakowanie pozwala na obserwację in vivo w czasie rzeczywistym zachowania i biodystrybucji kodecytów ZK. (III) Doustne przyjmowanie fluoresceiny FSL przez zanurzenie zarodków danio pręgowanego w pożywce zawierającej fluoresceinę FSL na okres do 5 dni. Mycie uzyskano poprzez przeniesienie zarodków do pożywek niezawierających konstruktów FSL (wymagane jest co najmniej 6 godzin, ale może to trwać kilka dni). (IIIa) Mikroskopia w jasnym polu danio pręgowanego traktowanego fluoresceiną FSL, odpowiadająca sąsiedniemu obrazowi fluorescencyjnemu (IIIb). Fluorescencja była preferencyjnie zlokalizowana w przewodzie pokarmowym. Nie zaobserwowano barwienia w nieleczonych zarodkach kontrolnych (IVa i IVb).

Rysunek 4. Znakowanie FSL-fluoresceiną wirionów10 VSV i H1N1. (I) Wirus pęcherzykowego zapalenia jamy ustnej (VSV) znakowano bezpośrednio 10 μg/ml fluoresceiny FSL przez 2 godziny w temperaturze 37°C, a następnie utrwalano 4% paraformaldehydem, a następnie zastosowano cytometrię przepływową. Nie było wymagane oczyszczanie VSV kodevirion po oznakowaniu FSL. (II) Cytometria przepływowa komórek jąder świń zakażonych ludzkimi kodewirionami A/Puerto Rico/8/1934 (H1N1) znakowanymi przy użyciu fluoresceiny FSL. Niezakażone komórki są postrzegane jako linia, podczas gdy fuzja kodewirionu H1N1 z komórkami ST powoduje powstanie komórki fluorescencyjnej (czerwona linia).

Rysunek 5. Komórki znakowane FSL-biotyną i późniejsza wizualizacja za pomocą znakowanej awidyny7,8. Wszystkie komórki najpierw znakowano biotyną FSL przez 1 godzinę w temperaturze 37°C, przemywano, a następnie reagowano z awidyną znakowaną fluoroforem, przemyto i zamontowano na mokro do mikroskopii fluorescencyjnej. (I) Skompilowany obraz konfokalny blastocysty zarodka myszy. (II) Centralny konfokalny wycinek zarodka z poprzedniego obrazu. (III) Żywe ruchliwe plemniki ludzkie – rozmycie następuje w wyniku ich ruchu. (IV) Utrwalone (4% paraformaldehydu po insercji) plemniki ludzkie. (V) Erytrocyt ludzki. (VI) Utrwalony (4% paraformaldehyd przed wprowadzeniem) rak endometrium ludzkiego RL95. (VII) Nieutrwalona linia komórkowa ludzkiego raka endometrium RL95. (VIII) Kodecyty biotyny RBC obserwowane w próbce krwi pobranej 2 godziny po dożylnym wlewie kodecytów, przy czym (VIIIa) reprezentuje pole oglądane pod mikroskopem świetlnym, podczas gdy (VIIIb) jest tym samym polem widzianym pod fluorescencją, identyfikując dwa kodecyty obecne w polu widzenia. Obliczanie stosunku kodecytów do komórek nieznakowanych może być wykorzystane jako wskaźnik przeżycia. (IX) Żywe ludzkie kodecyty biotyny endometrium uwidocznione przez wiązanie się z awidynylowanymi kulkami.

Rysunek 6. FSL-Węglowodany w celu dodania markerów grup krwi do profilowania serologicznego. (I) Ludzkie kodecyty Galili krwinki czerwone stworzono z ustalonym stężeniem FSL-Galili (500 μg / ml) i przetestowano pod kątem rozcieńczeń surowicy ludzkiej. Ludzkie krwinki czerwone nie występują naturalnie z antygenem ksenoantygenu Galili. Takie kodecyty można wykorzystać do ilościowego poziomu przeciwciał w surowicy. W tym przykładzie stwierdzono, że dawca ma miano anty-Galili wynoszące 1:32. (II) Tworząc kodecyty o malejących poziomach FSL ("miana antygenu"), można określić optymalny poziom antygenu do wykrywania przeciwciał (w tym przykładzie Lea). Komórki mogą być tworzone tak, aby dawały pozytywny wynik tylko wtedy, gdy poziom przeciwciał przekroczy określone miano. Poziom antygenu FSL wymagany do uzyskania wyniku dodatniego zależy od jakości i poziomu wykrywanych przeciwciał. W przypadku antygenów węglowodanowych roztwór FSL o stężeniu 100 μg/ml zazwyczaj powoduje silną reakcję dodatnią. (III) Ludzkie krwinki czerwone grupy O zmodyfikowano tak, aby miały określony poziom antygenu A (standaryzowane kodecyty A) i użyto do dokładnego i powtarzalnego oznaczania ilościowego anty-A w ludzkiej surowicy. W tym przykładzie miano anty-A w badanej surowicy grupy O wynosi 1:32, a kodecyty przygotowano z własnych krwinek czerwonych dawcy. (IV) Antygeny grupy krwi A i B jednocześnie wprowadzone do pojedynczej próbki krwinek czerwonych grupy O są wykorzystywane do wytworzeniasłabychkodecytów Asłabych B. Kodecyty te mogą być wykorzystywane do celów kontroli jakości ABO. Wynik ten pokazuje analizę specjalnie sformułowanego AsłabegoBsłabego kodecytu przetestowanego pod kątem odczynników anty-A i anty-B i daje oczekiwane słabe reakcje.