Ta metoda bada fenotyp zlepiania się za pośrednictwem płytek krwi erytrocytów zakażonych Plasmodium falciparum (pRBC) w izolatach klinicznych. Odbywa się to poprzez izolację i współinkubację osocza bogatopłytkowego i zawiesiny pRBC.
Method Article
Ta metoda bada fenotyp zlepiania się za pośrednictwem płytek krwi erytrocytów zakażonych Plasmodium falciparum (pRBC) w izolatach klinicznych. Odbywa się to poprzez izolację i współinkubację osocza bogatopłytkowego i zawiesiny pRBC.
P. falciparum powoduje większość ciężkich infekcji malarycznych. Patofizjologiczne mechanizmy leżące u podstaw malarii mózgowej (CM) nie są w pełni poznane i wysunięto kilka hipotez, w tym mechaniczne zablokowanie mikronaczyń przez czerwone krwinki pasożytujące na P. falciparum (pRBC). Rzeczywiście, podczas wewnątrzerytrocytarnego etapu swojego cyklu życiowego P. falciparum ma unikalną zdolność do modyfikowania powierzchni zakażonego erytrocytu poprzez eksport antygenów powierzchniowych o różnych właściwościach adhezyjnych na błonę RBC. Pozwala to na sekwestrację pRBC w wielu tkankach i narządach poprzez adhezję do komórek śródbłonka wyściełających mikrokrążenie żyłek pozakapilarnych 1. W ten sposób dojrzałe formy pasożyta unikają klirensu śledziony zdeformowanych zakażonych erytrocytów 2 i ograniczają ich środowisko do korzystniejszego niskiego ciśnienia tlenu 3. W wyniku tej sekwestracji we krwi obwodowej można wykryć tylko niedojrzałe pasożyty bezpłciowe i gametocyty.
Cytoadherencja i sekwestracja dojrzałego pRBC do licznych receptorów gospodarza wyrażanych na łożyskach mikrokrążenia występuje w ciężkiej i nieskomplikowanej chorobie. Jednak kilka linii dowodów sugeruje, że tylko określone fenotypy adhezyjne mogą być związane z poważnymi patologicznymi skutkami malarii. Jeden z przykładów takich specyficznych interakcji gospodarz-pasożyt został zademonstrowany in vitro, gdzie zdolność międzykomórkowej cząsteczki adhezyjnej-1 do wspierania wiązania pRBC o określonych właściwościach adhezyjnych została powiązana z rozwojem malarii mózgowej 4,5. Łożysko zostało również uznane za miejsce preferencyjnej akumulacji pRBC u kobiet w ciąży zakażonych malarią, z siarczanem chondrotyny A ulegającym ekspresji na syncytiotrofoblastach wyściełających przestrzeń międzykosmkową łożyska jako główny receptor 6. Rosetting pRBC do niezakażonych erytrocytów za pośrednictwem receptora dopełniacza 1 (CD35)7,8 jest również związany z ciężką chorobą 9.
Jednym z ostatnio opisanych fenotypów cytoadherencji P. falciparum jest zdolność pRBC do tworzenia grudek za pośrednictwem płytek krwi in vitro. Tworzenie takich grudek pRBC wymaga CD36, glikoproteiny ulegającej ekspresji na powierzchni płytek krwi. Wykazano również, że inny ludzki receptor, gC1qR/HABP1/p32, ulegający ekspresji na różnych typach komórek, w tym na komórkach śródbłonka i płytkach krwi, ułatwia adhezję pRBC na płytkach krwi w celu tworzenia grudek 10. Nie jest jasne, czy zlepianie się występuje in vivo, ale może to odpowiadać za znaczną akumulację płytek krwi opisaną w mikrokrążeniu mózgu malawijskich dzieci, które zmarły z powodu CM 11. Ponadto zdolność klinicznych izolowanych kultur do zlepiania się in vitro była bezpośrednio związana z ciężkością choroby u pacjentów z Malawi 12 i Mozambiku 13 (chociaż nie u Malijczyków 14).
Ze względu na to, że kilka aspektów fenotypu zbrylania pRBC jest słabo scharakteryzowanych, obecne badania na ten temat nie są zgodne ze standardową procedurą. Jest to ważna kwestia ze względu na znaną wysoką zmienność nieodłącznie związaną z testem 15. W tym miejscu przedstawiamy metodę zlepiania się P. falciparum in vitro za pośrednictwem płytek krwi z nadzieją, że zapewni ona platformę dla spójnej metody dla innych grup i zwiększy świadomość ograniczeń w badaniu tego fenotypu w przyszłych badaniach. Mając siedzibę w Malawi, zapewniamy protokół opracowany specjalnie dla osób o ograniczonych zasobach, z tą zaletą, że świeżo pobrane izolaty kliniczne mogą być badane pod kątem fenotypu bez konieczności kriokonserwacji.
1. Pobieranie próbek
Płytki krwi mogą być łatwo aktywowane poprzez temperaturę, mieszanie lub przechowywanie, dlatego należy obchodzić się z nimi ostrożnie. Stosowanie urządzeń próżniowych do pobierania krwi w celu przygotowania płytek krwi jest nieuniknione w większości sytuacji klinicznych, ale należy je dokładnie rozważyć, ponieważ ssanie może potencjalnie spowodować aktywację płytek krwi. Ze względu na protokół kliniczny stosowany w naszym szpitalu badawczym, nasze próbki są starannie pobierane w wakutainerach cytrynianu sodu. Nie doświadczyliśmy żadnych problemów z przedwczesną aktywacją płytek krwi w tym ani w naszym poprzednim badaniu 12. Pobieramy krew do preparatu płytek krwi od osób z grupą krwi O+, aby zminimalizować agregację nieswoistego antygenu grupy krwi. Dawcy nie przyjmowali również leków w ciągu ostatnich 7-10 dni, ponieważ wiadomo, że niektóre leki wpływają na czynność płytek krwi.
1.1 Przygotowanie osocza bogatopłytkowego (PRP)
Uwaga: Pacjenci z malarią mają zmniejszoną liczbę płytek krwi w porównaniu do osób zdrowych 16,17,18. W związku z tym stężenia płytek krwi dla CM i UM są dostosowywane zgodnie ze średnią liczbą płytek krwi dla pacjentów w każdej grupie diagnostycznej malarii. Fenotyp zlepiania się P. falciparum jest powszechny w izolatach CM i wykazuje silne powinowactwo do wiązania, dlatego zmniejszone stężenie płytek krwi nie wpływa na wielkość lub częstotliwość grudek, ponieważ stężenie płytek krwi jest standaryzowane dla wszystkich przypadków CM.
1.2 Przygotowanie osocza ubogiego w płytki krwi (PPP)
2. Kultura pasożytów
3. Przygotowanie preparatu z cienkim filmem krwi
4. Oczyszczanie i synchronizacja etapów bezpłciowych
Oczyszczanie dojrzałego P. falciparum pRBC jest wymaganym krokiem do testu zbrylania. Rzeczywiście, tylko dojrzałe pasożyty są zdolne do wiązania się z receptorami płytek krwi, ponieważ na tym etapie cyklu życiowego odpowiednie ligandy ulegają ekspresji i wystają z powierzchni zakażonych erytrocytów. Istnieje kilka metod oczyszczania i synchronizacji stadiów bezpłciowych P. falciparum.: Późne stadia bezpłciowe można wzbogacić gradientem Percolla 19; Magnetyczne sortowanie komórek 20 lub przy użyciu opisanego tutaj protokołu sedymentacji żelatyny 21. Synchronizacja sorbitolu wybiera etapy pierścieniowe 22, po czym pierścienie są hodowane przez 24-26 godzin w celu uzyskania dojrzałych etapów (bez konieczności wykonywania flotacji żelatyny).
4.1 Flotacja żelu plazmowego
Flotacja żelu plazmowego wykorzystuje roztwór podobny do żelatyny, aby wybrać erytrocyty o mniejszej masie, które pozostają w roztworze, podczas gdy gęste formy pierścieniowe i rozety opadają na dno. Technika ta zapewnia do 90% czystości dojrzałych erytrocytów zakażonych w stadium i może być stosowana zarówno do izolatów terenowych, jak i laboratoryjnych. Jednak, jak wspomniano wcześniej, flotacja plazmożelu usuwa rozejące pRBC, a także niedojrzałe etapy, co może skutkować zmniejszoną częstotliwością zbrylania się w próbkach o wysokiej częstotliwości zbrylania. Jednak brak rozestalającego pRBC po flotacji plazmożelu nie wpłynąłby na test zbrylania, ponieważ zbrylanie jest interakcją pRBC i niezakażonych erytrocytów, podczas gdy zbrylanie to wiązanie pRBC za pośrednictwem płytek krwi. Ligand zaangażowany w te dwie cechy jest inny; z głównie receptorem dopełniacza CR-1 na niezakażonych erytrocytach pośredniczących w roustawieniu.
UWAGA: Dojrzałe prRBC obejmują od 60 do 90% zakażonych erytrocytów, w zależności od początkowej parazytemii hodowli. W przypadku wysokiego odsetka dojrzałych pasożytów należy stosować kultury z początkową parazytemią ≥10%.
5. Test zbrylania
Przykład testu grudek za pośrednictwem płytek krwi, wykorzystującego około 70% dojrzałych stadiów P. falciparum po wzbogaceniu przez flotację plazmażelu, pokazano na rysunku 2. Kępa to skupisko trzech lub więcej zakażonych erytrocytów. Barwienie pomarańczą akrydynową lub bromkiem etydyny można uwidocznić za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Oranż akrydynowy jest widmowo podobny do fluoresceiny, z maksimum wzbudzenia przy 502 nm i maksimum emisji przy 525 nm (zielony), podczas gdy bromek etydyny ma maksimum wzbudzenia przy 493 nm i maksimum emisji przy 620 nm (podobnie jak barwniki rodaminowe, czerwony). Grudki są łatwe do zauważenia pod mikroskopem, ponieważ w normalnym świetle pojawiają się jako agregaty komórkowe, a pod wpływem fluorescencji jako plamy koloru zielonego lub czerwonego po zabarwieniu odpowiednio barwnikami bromku pomarańczy akrydynowej lub etydyny, jak pokazano na rysunku 2 (30-minutowy punkt czasowy przy użyciu pomarańczy akrydynowej). Im większe grudki, tym większe skupisko komórek pojawia się w normalnym świetle i tym większe plamy zieleni lub czerwieni pod fluoryzacją dla odpowiednich barwników. Ponieważ barwniki celują w DNA, a tym samym barwią jądra, płytki krwi i niezakażone erytrocyty nie są wykrywane pod mikroskopią fluorescencyjną ze względu na brak jąder.
Losowe tworzenie małych grudek pRBC po 4,7±1,6 pRBC/grudkach następuje po 30 minutach. Rozmiar grudki znacznie wzrasta do średnio >15 pRBC/grudki po inkubacji przez 120 minut, przy czym niektóre grudki zawierają liczne pRBC/grudki, których nie można było wizualnie policzyć. Częstość fenotypu zlepiania się oblicza się jako liczbę zakażonych komórek obecnych w kępkach/1,000 zakażonych komórek, policzonych w zduplikowanych testach.

Rysunek 1. Przepływ pracy dla eksperymentu z zbrylaniem. Osocze bogate i ubogie w płytki krwi (A) oraz hodowlę erytrocytów zakażonych P. falciparum (B) przygotowuje się, a następnie łączy w celu oznaczenia zbrylania (C).

Rysunek 2. Zlepianie się erytrocytów zakażonych izolatem laboratoryjnym P. falciparum. Grudki utworzone przez HB3 w czasie 0, 30 i 120 min w osoczu bogatopłytkowym (A) i słabe tworzenie się grudek w osoczu ubogim w płytki krwi (B).
Ograniczenia testu
Istnieją ograniczenia, które konkretnie wpływają na funkcję płytek krwi lub wpływają na wynik, a większość z nich została już podkreślona przez Armana i Rowe'a 15. W tym miejscu wymieniamy niektóre z potencjalnych problemów, które mogą wystąpić na różnych etapach testu:
Opisaliśmy test zlepiania się płytek krwi stosowany do badania pRBC w izolatach klinicznych bezpośrednio w terenie. Zlepianie się płytek krwi, charakterystyczne zachowanie izolatów klinicznych P. falciparum , zostało zidentyfikowane jako odrębny fenotyp adhezyjny, częsty w izolatach wiążących CD36 12,23-24. Użyliśmy tego testu do zidentyfikowania trzech głównych punktów: 1) silny fenotyp zbrylania in vitro P. falciparum wyizolowany od dzieci z Malawi, który jest związany z ciężkością choroby i diagnozą 2) pośredniości selektora P nowego receptora P, zlepiający się na płytkach krwi wraz z CD36, 3) stopień małopłytkowości występujący u pacjentów z CM jest wystarczający, aby ograniczyć dalsze tworzenie się grudek pRBC in vitro 12. Udział płytek krwi w tworzeniu się grudek wykazano poprzez badanie preparatu do mokrego szkiełka, jak opisano w punkcie 6. Płytki krwi można wyizolować z PRP przez wirowanie z dużą prędkością w celu zminimalizowania reakcji antygenowych grup krwi; jednak użyliśmy całego PRP, aby zminimalizować przedwczesną aktywację płytek krwi w wyniku nadmiernego obchodzenia się i wirowania z dużą prędkością. Aktywność płytek krwi można zmierzyć za pomocą testu agregacji płytek krwi przy użyciu słabych agonistów płytek krwi, epinefryny lub difosforanu adenozyny (ADP) 25 , jak opisano w 26.
Istnieje kilka aspektów testu, które wcześniej zostały słabo scharakteryzowane, jednym z nich jest znaczenie wyboru źródeł PRP i wpływ grup antygenów krwi na wynik testu. Otworzyliśmy PRP od osób, które miały grupę krwi O+ i nie przyjmowały żadnych leków w ciągu ostatnich 7-10 dni przed pobraniem krwi, ponieważ niektóre farmaceutyki mogą wpływać na zachowanie płytek krwi.
Inne czynniki, które mogą wpływać na powodzenie zbrylania, obejmują hematokryt pRBC, poziomy parazytemii i długość testu zbrylania. Korzystając z wysokiego hematokrytu i liczby płytek krwi, trudno byłoby stwierdzić, czy gromada jest naprawdę grudką, czy też zbyt wiele komórek po prostu siedzi razem, ponieważ są gęsto upakowane 15. Zbrylanie się również na ogół zwiększa się wraz z dłuższym czasem inkubacji. Są to wszystkie przydatne wskazówki, które należy wziąć pod uwagę podczas projektowania badań zbrylania.
Odkryliśmy, że próbki z różnych grup klinicznych mogą być analizowane równolegle przy użyciu PRP od tego samego dawcy, jeśli jest to możliwe, ale w warunkach ograniczonych zasobów, takich jak miejsca polowe, pula transfuzji jest na ogół ograniczona. W związku z tym trudno jest mieć jednego dawcę O+ w celu standaryzacji testów. W związku z tym zidentyfikowaliśmy kilku dawców O+, aby w miarę możliwości zapewnić zgodność grup krwi. Korzystanie z wielu dawców jest również pomocne w przypadku dużych próbek, tak aby ciężar oddawania krwi nie spoczywał tylko na jednej osobie.
Punkty pobierania próbek po 15-20 minutach są znacznie bardziej wykonalne, jeśli testy przeprowadza jedna osoba, co pozwala na przygotowanie preparatu na mokro i przeprowadzenie kinetyki testu bez nakładania się na siebie czasu pobierania próbek. Większość danych mikroskopowych ma charakter wizualny i jest w pewnym stopniu obiektywna; Dlatego ważne jest, aby liczenie komórek było weryfikowane przez więcej niż jedną osobę. W takim przypadku obsługa jednej próbki na raz może pozwolić na pełną analizę trzech do czterech próbek dziennie, w zależności od osobistej wydajności.
Zlepianie płytek krwi można wykonać zarówno przy użyciu izolatów klinicznych, jak i laboratoryjnych. W przypadku linii laboratoryjnych zaleca się stosowanie pasożytów wiążących CD36 w celu maksymalizacji częstotliwości zbrylania. Test może być połączony z innymi testami aglutynacji, takimi jak rosetting lub stosowany w testach hamowania zbrylania, które umożliwiłyby badanie receptorów na płytkach krwi, które mogą pośredniczyć w wiązaniu pRBC, słabo poznanym i zbadanym aspekcie tego fenotypu.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Ta praca była możliwa dzięki finansowaniu z The Wellcome Trust. JM (080964) i SCW (080948) były wspierane przez stypendia Wellcome Trust, a DT przez stypendium Malawi-Liverpool-Wellcome Trust.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| RPMI 1640 | Invitrogen | 21870-092 | |
| Pomarańcz akrydynowy | Invitrogen | A3568 | 10 mg/ml |
| Gelofusine | B Braun | Gelofusine | |
| 1 M HEPES | Invitrogen | 15630 | |
| Gentamycyna | Invitrogen | 15750045 | 50 mg/ml |
| Albumax | GIBCO | 1102-037 | |
| Vacutainer cytrynianu sodu | BD | 362760 | o pojemności 4 ml |
| Mikroskop odwrócony | Leica | MD16000 B | |
| Mikroskop fluorescencyjny | Leica | EL6000 | Zawiera filtry fluorescencyjne światła niebieskiego i zielonego do oranżu akrydynowego i bromku etydyny |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission