$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Izolacja RBC z krwi pełnej
- Przygotuj roztwory EAS-45. Odważ wszystkie składniki wymienione w Tabeli I i rozpuść je w 100-200ml wody DI. Dolej wodę do uzyskania 1000ml roztworu i dostosuj pH do wartości 8.0. Przefiltruj i rozdziel na alikwoty po 50ml. Przechowuj w zamrażarce w temperaturze -20°C.
Uwaga: Krok 1.2 powinien być wykonany przez przeszkolonego specjalistę medycznego, na przykład pielęgniarkę, zgodnie z protokołem zatwierdzonym przez Komisję Bioetyczną (Institutional Review Board).
- Pobrać 3-5ml krwi z żyły łokciowej do probówki 10ml zawierającej EDTA, a następnie natychmiast i dokładnie wymieszać krew z EDTA, aby zapobiec krzepnięciu.
- Przetworzyć próbkę krwi tak szybko, jak to możliwe. Wszystkie poniższe kroki, z wyjątkiem wirowania, powinny być wykonywane w komorze z laminarnym przepływem powietrza w celu zachowania sterylności preparatu. Przenieść krew do probówki wirówkowej 50ml, dodać 10ml zimnego i sterylnego Histopaque 1077 i wirować przez 5min przy 1000rpm w temperaturze 4°C. Powtórzyć dwukrotnie.
- Dodać 10ml zimnego i sterylnego PBS, wirować przez 5min przy 1000rpm w temperaturze 4°C. Usunąć nadsącz. Powtórzyć 4 razy (łącznie 5 razy).
- Przepłukać sterylnym EAS-45 (5min przy 1000rpm, 4°C) dwukrotnie. Podczas ostatniego płukania przenieść RBC do nowej sterylnej probówki 15ml.
- Resuspendować RBC w 10ml EAS-45.
2. Biotynylacja RBC
- Wziąć probówkę z RBC z kroku 1. Usunąć cały supernatant po wirowaniu przez 5min @ 1000rpm, 4°C. Przenieść 10μl osadu RBC do każdej z kilku fiolek i dodać odpowiednią ilość PBS do każdej fiolki (patrz Table II w celu uzyskania przykładu przygotowania sześciu różnych stężeń biotynylacji RBC).
- Przygotować świeże rozcieńczenia Biotin-X-NHS/DMF 1:10 oraz 1:100 zgodnie z Table II.
- Dodać 10μl 0,1M buforu boranowego do każdej fiolki.
- Dodać obliczoną ilość roztworu biotyny do każdej fiolki (patrz Table II jako przykład) i natychmiast wymieszać w wortexie.
- Umieścić każdą fiolkę z RBC w 50ml probówce stożkowej i inkubować na rotatorze przez 30min w temperaturze pokojowej.
- Przemyć każdą fiolkę 3 razy 800μl EAS-45, wirując przez 2min @ 2000rpm.
- Dodać 100μl EAS-45 do każdej fiolki i przechowywać w 4°C. W każdym 1μl końcowego roztworu powinno znajdować się obecnie ˜1mln RBC.
3. Funkcjonalizacja ligandów sprzężonych z biotyną* na RBC
- Przygotować roztwór streptavidyny o stężeniu 2mg/ml zgodnie z instrukcjami producenta. Alikwoty roztworu można przechowywać w temperaturze -20°C.
- Zmieszać taką samą ilość RBC z etapu 2.7 (10μl) z roztworem streptavidyny, natychmiast wymieszać w wortexie i inkubować na rotatorze przez 30min w temperaturze 4°C.
- Przemyć 3 razy 500μl EAS-45 przez 2min przy 2000rpm. Dodać 15μl EAS-45/ 1% BSA do przechowywania.
- Zmieszać taką samą ilość RBC z etapu 3.3 (10μl) z roztworem ligandu o stężeniu 20μg/ml, natychmiast wymieszać w wortexie i inkubować na rotatorze przez 30min w temperaturze pokojowej.
- Przemyć dwa razy 500μl EAS-45/ 1% BSA przez 2min przy 2000rpm. Dodać 15μl EAS-45/1% BSA do przechowywania.
*Jeśli Twoje białko nie posiada wiązania z biotyną, możesz użyć jednego z dostępnych komercyjnie zestawów do biotinylacji białek (na przykład Thermo Scientific # 21955 EZ-Link Micro NHS-PEG4-Biotinylation Kit) lub wykorzystać biotynilowane przeciwciała wychwytujące jako etap pośredni, tak jak pokazano w filmie.
4. Ilościowe oznaczenie gęstości receptorów i ligandów
- Inkubować RBC pokryte ligandem z kroku 3 oraz, w oddzielnej probówce, komórki posiadające receptory z nasycającymi stężeniami odpowiednich mAbs przez 30 min w temperaturze pokojowej. W osobnych probówkach inkubować komórki z nieistotnymi przeciwciałami zgodnymi pod względem izotypu w celu kontroli. Jeśli przeciwciała pierwotne nie są znakowane fluorescencyjnie, inkubować z fluorescencyjnie sprzężonymi przeciwciałami wtórnymi zgodnie z instrukcją producenta.
- Analizować próbki przygotowane w kroku 4.1 metodą cytometrii przepływowej z zastosowaniem odpowiednich fluorescencyjnych kulek kalibracyjnych. Obliczyć gęstości zgodnie z rys. 1.
5. Przygotowanie mikropipety i komory komórkowej
- Wyciągnij mikropipety z rurek kapilarnych, używając poziomego wyciągacza szklanych mikroelektrod PN-30 firmy Narishige lub wyciągacza mikropipet firmy Sutter Instruments.
- Użyj mikromanipulatora z mikrokuźnią, aby dopasować końcówkę wyciągniętej mikropipety do pożądanej wielkości (zazwyczaj wymagana średnica wynosi od 1-5μm, w zależności od wielkości komórek wykorzystywanych w badaniu).
- Przygotuj komorę komórkową, wycinając szkło cover glass do mikroskopu o pożądanym rozmiarze. Uszczelnij komorę z obu stron za pomocą oleju mineralnego, aby zapobiec odparowywaniu medium i zmianie osmolarności podczas eksperymentu.
- Wprowadź do komory komórki z receptorami oraz ligandami.
6. Test częstotliwości adhezji za pomocą mikropipety
- Odessać oddziałujące komórki za pomocą odpowiednich pipet i użyć zaprogramowanego komputerowo przetwornika piezoelektrycznego, aby doprowadzić do kontaktu i rozdzielenia RBC z drugą komórką przy kontrolowanej powierzchni i czasie kontaktu. Wykryć zdarzenia adhezji, obserwując wydłużenie RBC podczas rozdzielania komórek.
- Powtórzyć cykl kontaktu i retrakcji 50-100 razy dla danego czasu kontaktu. Odnotować zaobserwowane zdarzenia adhezji, wpisując „1” w przypadku adhezji lub „0” w przypadku braku adhezji w kolumnie arkusza kalkulacyjnego Excel. Do zapisu obrazów mikroskopowych można użyć urządzenia rejestrującego, np. nośnika cyfrowego lub taśmy wideo.
- Zarejestrować krzywą częstotliwości adhezji w funkcji czasu kontaktu, wykorzystując co najmniej trzy różne pary komórek dla każdego czasu kontaktu, aby uzyskać średnią i SEM.
- Zarejestrować krzywą wiązania niespecyficznego dla grupy kontrolnej, używając RBC pokrytych nieistotnymi ligandami (np. BSA) i/lub blokując ligandy lub receptory za pomocą specyficznych funkcjonalnych przeciwciał blokujących (mAbs). Specyficzną częstotliwość adhezji dla każdego punktu czasowego kontaktu można obliczyć poprzez odjęcie częstotliwości adhezji niespecyficznej1.
7. Analiza danych
- Dopasuj dane dotyczące swoistej częstotliwości adhezji Pa w funkcji czasu kontaktu t do modelu probabilistycznego (Równanie 1), który opisuje jednokrokową interakcję między jednym gatunkiem receptorów a jednym gatunkiem ligandów, z reakcją bezpośrednią drugiego rzędu i reakcją odwrotną pierwszego rzędu1:

gdzie Ka jest dwuwymiarowym (2D) efektywnym powinowactwem wiązania, koff jest stałą szybkości dysocjacji, mr oraz ml to odpowiednio gęstości receptorów i ligandów zmierzone w kroku 4, a Ac to powierzchnia kontaktu. Dopasowanie krzywej posiada dwa parametry, AcKa oraz koff, ponieważ Ac i Ka są łączone w jeden parametr określany wspólnie jako efektywne powinowactwo 2D. Iloczyn tego parametru i stałej szybkości dysocjacji stanowi efektywną stałą szybkości asocjacji 2D: Ackon = AcKa x koff.
Swoistą częstotliwość adhezji Pa oblicza się poprzez odjęcie frakcji adhezji nieswoistej (Pnonspecific) od całkowitej zmierzonej adhezji (Pmeasured)1,21:

8. Reprezentatywne wyniki:

Rysunek 1 Wyznaczanie gęstości rozmieszczenia integryny αLβ2 na neutrofilach. Neutrofile inkubowano najpierw z 1μg/ml E-selectin-Ig przez 10min, aby dopasować do warunków eksperymentalnych stosowanych na Rysunkach 3 i 4, lub bez E-selectin-Ig, a następnie z saturującymi stężeniami (10μg/ml) przeciwciała mAb anty-CD11a przeciwko ludzkim antygenom sprzężonego z PE (Klon HI111, patrz Tabela specyficznych odczynników i sprzętu) lub nieistotnego IgG1 mysiego w celu kontroli, po czym komórki przemyto i natychmiast poddano analizie. Próbki odczytano na cytometrze przepływowym BD LSR z zastosowaniem standardowych kulek kalibracyjnych QuantiBRITE PE. Panel A przedstawia histogramy fluorescencji kulek kalibracyjnych (kolor różowy) wraz z histogramami komórek traktowanych E-selectin-Ig (kolor niebieski) lub nietraktowanych (kolor zielony). Specyficzne barwienie mAb CD11a pokazano liniami ciągłymi, a barwienie przeciwciałem kontrolnym o dopasowanym izotypie liniami przerywanymi. Traktowanie komórek E-selectin-Ig (obecność we wszystkich etapach płukania oraz w buforze FACS) nie wpłynęło na gęstość CD11a, co wynika z porównania z komórkami nietraktowanymi. Panel B przedstawia proces ilościowego wyznaczania gęstości. Obliczono Log10 dla średniej intensywności fluorescencji (FI) dla każdej wartości szczytowej czterech histogramów kulek kalibracyjnych z Panelu A (różowe kółka) oraz dla specyficznej dla partii liczby cząsteczek PE na kulkę (według producenta). Wykreślono regresję liniową Log10 cząsteczek PE na kulkę względem Log10 fluorescencji. Dla komórek traktowanych E-selectin wartości Log10 FI (y) wyniosły odpowiednio 3,99 (niebieskie pełne kółko) dla specyficznego mAb oraz 2,23 (niebieskie puste kółko) dla przeciwciała kontrolnego. Rozwiązano równanie liniowe dla x (wartości naniesiono jako zielone i niebieskie kółka na Panelu B). x = Log10 PE/komórka i, ponieważ stosunek PE:mAb wynosił 1:1, całkowitą liczbę αLβ2 na neutrofilach obliczono jako 9587. Gęstość powierzchniową obliczono na 43 cząsteczki/μm2, przyjmując średnicę neutrofila równą 8,4μm22. Gęstość ICAM-1 zmierzono analogicznie metodą cytometrii przepływowej z użyciem PE-anty-ludzkiego mAb CD54, co dało wynik 65 mol/μm2.

Rycina 2 Schematy systemu mikropipetowego. Nasz system mikropipetowy został zbudowany wewnętrznie i składa się z trzech podsystemów: podsystemu obrazowania, który umożliwia obserwację, rejestrację i analizę ruchów komórki wciągniętej do mikropipety; podsystemu mikromanipulacyjnego, pozwalającego na wybór komórek z komory komórkowej, oraz podsystemu ciśnienia, służącego do aspiracji komórek do mikropipet. Centralnym elementem podsystemu obrazowania jest mikroskop odwrócony (Olympus IMT-2 IMT2) z obiektywem imersyjnym 100x o aperturze numerycznej 1.25 N.A. Obraz jest przesyłany do magnetowidza za pomocą kamery CCD (charge couple device). Do systemu dołączono timer wideo w celu śledzenia czasu. Każda mikropipeta może być sterowana za pomocą napędu mechanicznego zamontowanego na mikroskopie i precyzyjnie pozycjonowana trójośowym hydraulicznym mikromanipulatorem. Można również zastosować manipulatory mechaniczne firmy Newport. Jeden z uchwytów mikropipety zamontowano na translatorze piezoelektrycznym, którego sterownik jest kontrolowany przez kod LabView w komputerze (dostępny na żądanie), a sygnał przesyłany jest przez kartę DAQ za pomocą wzmacniacza napięcia (własnej konstrukcji) do siłownika piezoelektrycznego. Pozwala to na precyzyjne i powtarzalne przemieszczanie pipety w cyklu testu adhezji. Podsystem regulacji ciśnienia służy do kontrolowania ssania podczas eksperymentu. Linia hydrauliczna łączy uchwyt mikropipety z rezerwuarem cieczy. Precyzyjny pozycjoner mechaniczny pozwala na dokładną manipulację wysokością rezerwuaru.
Mikropipety wytwarza się przy użyciu kapilar z borokrzemianowego szkła o niskiej temperaturze topnienia KIMAX (o średnicy zewnętrznej 1,0±0,07 mm i średnicy wewnętrznej 0,7±0,07 mm). W pierwszej kolejności mikropipety z rurek kapilarnych są wyciągane za pomocą poziomego wyciągacza szklanych mikroelektrod PN-30 Narishige (inną opcją jest wyciągacz mikropipet Sutter Instruments). Następnie do przycięcia mikropipet do pożądanej średnicy otworu wykorzystuje się system Microforge (budowany wewnętrznie). Dostępne są również komercyjne modele systemów Microforge.
Aby uniknąć drgań mikropipet podczas eksperymentu, mikroskop wraz z mikromanipulatorami umieszczono na stole pneumatycznym.

Rycina 3 Bieżąca częstotliwość adhezji Fi dla wiązania specyficznego (A) i niespecyficznego (B) przy czasie kontaktu 1s (czerwony) i 10s (niebieski), zmierzona w powtórzonych cyklach testów adhezji między RBC powlekanymi ICAM-1 (A) lub hIgG (B) a ludzkimi neutrofilami wykazującymi ekspresję integryny αLβ2. Fi = (X1 + X2 +…+ Xi)/i (1 ≤i ≤ n), gdzie i jest indeksem cyklu testowego, a Xi przyjmuje wartość „1” (adhezja) lub „0” (brak adhezji). Fn (n=50) posłużyło jako najlepsza ocena prawdopodobieństwa adhezji.

Rycina 4 Kinetyka wiązania ICAM-1 z integryną αLβ2 neutrofili (
). Prawdopodobieństwo adhezji, zmierzone zgodnie z procedurą przedstawioną na Rycini 3 dla trzech par komórek w każdym czasie kontaktu, zostało uśrednione i naniesione na wykres w funkcji czasu kontaktu. Medium w komorze stanowiło HBSS z dodatkiem 1mM Ca2+ i 1mM Mg2+ oraz 1μg/ml dimerycznej E-selectin-Ig w celu zwiększenia wiązania αLβ2. Aby uchwycić ICAM-1-Ig na erytrocytach (RBCs), po etapie inkubacji ze streptawidyną dodano krok pośredni polegający na inkubacji RBCs z 10μg/ml przeciwciałem wychwytującym (biotynilowane przeciwciało kozie anty-ludzkie Fc, eBioscience). W celu kontroli wiązania nieswoistego zastosowano dwa różne warunki: 1) RBCs powleczone przeciwciałem wychwytującym anty-human-Fc i inkubowane z ludzkim IgG zamiast ICAM-1-Ig (O) oraz 2) neutrofile wiążące się z RBCs niepowleczonymi przeciwciałem wychwytującym (Δ). Do medium dodano 10μg/ml ludzkiego IgG, aby zminimalizować wiązanie E-selectin-Ig z roztworu z przeciwciałem wychwytującym na powierzchni RBCs. Wiązanie nieswoiste, zapisane jako krzywa kontrolna dla ludzkiego IgG, posłużyło do wyznaczenia krzywej specyficznego prawdopodobieństwa adhezji (
) przy użyciu równania 2. Dopasowanie krzywej specyficznego prawdopodobieństwa adhezji za pomocą równania 1 (linia ciągła) pozwoliło wyznaczyć efektywną powinowactwo wiązania AcKa = 1.4•10-4 μm4 oraz koff = 0.3 s-1.
|
Odczynnik |
MW (g/mol) |
Stężenie (mM) |
Ilość (g) |
|---|
| Adenina | 135.13 | 2 | 0.27 |
| D-glukoza (dekstroza) | 180.16 | 110 | 19.82 |
| D-mannitol | 182.17 | 55 | 10.02 |
| Chlorek sodu (NaCl) | 58.44 | 50 | 2.92 |
| Fosforan sodu, zasadowy (Na HPO ) | 141.95 | 20 | 2.84 |
| L-glutamina | 146.15 | 10 | 1.46 |
Tabela 1. Przygotowanie buforu EAS-45 (1L).
| 25 mg biotyny-XHS w 550 μl DMF | 0,1M roztwór biotyny |
| roztwór 0,1 biotyny w DMF rozcieńczony 1:10 | 0,01M roztwór biotyny |
| roztwór 0,1 biotyny w DMF rozcieńczony 1:100 | 0,001M roztwór biotyny |
Tabela 2. Przygotowanie roztworu biotyny.
|
końcowe stężenie biotyny (μM)
|
4
|
10
|
20
|
50
|
100
|
160
|
|---|
| roztwór zapasu osadu RBC (μl) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 1x PBS (μl) | 179.2 | 178 | 176 | 179 | 178 | 176.8 |
| bufor boranowy 0.1M (μl) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| roztwór biotyny 0.01M (μl) | | | | 1 | 2 | 3.2 |
| roztwór biotyny 0.001M (μl) | 0.8 | 2 | 4 | | | |
Tabela 3. Biotynilacja RBC.