Metoda ta bada fenotyp agregacji erytrocytów zakażonych Plasmodium falciparum (pRBC) pośredniczonej przez płytki krwi w izolatach klinicznych. Jest to realizowane poprzez izolację oraz wspólną inkubację osocza bogatopłytkowego i zawiesiny pRBC.
Artykuł metodologiczny
Metoda ta bada fenotyp agregacji erytrocytów zakażonych Plasmodium falciparum (pRBC) pośredniczonej przez płytki krwi w izolatach klinicznych. Jest to realizowane poprzez izolację oraz wspólną inkubację osocza bogatopłytkowego i zawiesiny pRBC.
P. falciparum wywołuje większość ciężkich zakażeń malarią. Mechanizmy patofizjologiczne leżące u podstaw malarii mózgowej (CM) nie są w pełni zrozumiałe i wysunięto kilka hipotez, w tym mechaniczną niedrożność mikronaczyń spowodowaną przez zainfekowane przez P. falciparum erytrocyty (pRBC). Rzeczywiście, podczas wewnątrzerytrocytowego etapu swojego cyklu życiowego, P. falciparum posiada unikalną zdolność modyfikowania powierzchni zakażonego erytrocyta poprzez eksport antygenów powierzchniowych o różnych właściwościach adhezyjnych na błonę RBC. Umożliwia to sekwestrację pRBC w wielu tkankach i organach poprzez adhezję do komórek śródbłonka wyściełających mikronaczynia żylułek pocapilarnych 1. W ten sposób dojrzałe formy pasożyta unikają usuwania zdeformowanych zakażonych erytrocytów przez śledzionę 2 i ograniczają swoje środowisko do korzystniejszego niskiego ciśnienia tlenu 3. W konsekwencji tej sekwestracji w krwi obwodowej można wykryć jedynie niedojrzałe pasożyty bezpłciowe oraz gametocyty.
Cytoadhezja i sekwestracja dojrzałych pRBC do licznych receptorów gospodarza występujących w łożyskach mikronaczyniowych zachodzi zarówno w ciężkiej, jak i niepowikłanej postaci choroby. Jednakże szereg dowodów sugeruje, że tylko specyficzne fenotypy adhezyjne są prawdopodobnie powiązane z ciężkimi skutkami patologicznymi malarii. Przykład takich specyficznych interakcji gospodarz-pasożyt wykazano in vitro, gdzie zdolność cząsteczki adhezji międzykomórkowej-1 do wspierania wiązania pRBC o szczególnych właściwościach adhezyjnych powiązano z rozwojem malarii mózgowej 4,5. Łożysko zostało również uznane za miejsce preferencyjnej akumulacji pRBC u kobiet w ciąży zakażonych malarią, przy czym głównym receptorem jest siarczan chondroityny A występujący na syncytiotrofoblastach wyściełających przestrzeń międzywłośniczkową łożyska 6. Tworzenie rozet pRBC z niezinfekowanymi erytrocytami za pośrednictwem receptora dopełniacza 1 (CD35)7,8 również było wiązane z ciężkim przebiegiem choroby 9.
Jednym z ostatnio opisanych fenotypów cytoadhezji P. falciparum jest zdolność pRBC do tworzenia agregatów z udziałem płytek krwi in vitro. Tworzenie takich agregatów pRBC wymaga obecności CD36, glikoproteiny ekspresjonowanej na powierzchni płytek krwi. Wykazano również, że inny ludzki receptor, gC1qR/HABP1/p32, ekspresjonowany w różnych typach komórek, w tym w komórkach śródbłonka i płytkach krwi, ułatwia adhezję pRBC do płytek krwi w celu tworzenia agregatów 10. Pozostaje niejasne, czy agregacja ta zachodzi in vivo, ale może ona wyjaśniać znaczną akumulację płytek krwi opisaną w mikrokrążeniu mózgowym dzieci z Malawi, które zmarły z powodu CM 11. Ponadto zdolność kultur izolatów klinicznych do agregacji in vitro była bezpośrednio powiązana z ciężkością choroby u pacjentów z Malawi 12 i Mozambiku 13 (choć nie u pacjentów z Mali 14).
Z uwagi na fakt, że kilka aspektów fenotypu agregacji pRBC nie zostało dobrze scharakteryzowanych, obecne badania w tym zakresie nie opierają się na zestandaryzowanej procedurze. Jest to istotny problem ze względu na znaną wysoką zmienność właściwą dla tego testu 15. Przedstawiamy tutaj metodę agregacji P. falciparum pośredniczonej przez płytki krwi in vitro z nadzieją, że stanie się ona podstawą dla spójnej metody stosowanej przez inne grupy badawcze i zwiększy świadomość ograniczeń związanych z badaniem tego fenotypu w przyszłych studiach. Działając w Malawi, opracowaliśmy protokół zaprojektowany specjalnie dla warunków ograniczonych zasobów, co daje tę zaletę, że świeżo pobrane izolaty kliniczne mogą być badane pod kątem fenotypu bez konieczności kriokonserwacji.
1. Pobieranie próbek
Płytki krwi mogą zostać łatwo aktywowane pod wpływem temperatury, wstrząsania lub przechowywania, dlatego należy z nimi obchodzić się ostrożnie. Stosowanie probówek typu vacutainer do pobierania krwi w celu przygotowania płytek jest w większości sytuacji klinicznych nieuniknione, jednak powinno być starannie rozważone, ponieważ ssanie może potencjalnie powodować aktywację płytek. Ze względu na protokół kliniczny stosowany w naszym szpitalu badawczym, nasze próbki są ostrożnie pobierane do probówek z cytratem sodu. Zarówno w niniejszym, jak i w naszym poprzednim badaniu 12 nie odnotowaliśmy problemów z przedwczesną aktywacją płytek. Krew do przygotowania płytek pobieramy od osób z grupą krwi O+, aby zminimalizować nieswoistą agregację antygenów grup krwi. Dawcy nie przyjmowali również leków w ciągu ostatnich 7-10 dni, ponieważ niektóre preparaty farmakologiczne mogą wpływać na funkcję płytek.
1.1 Przygotowanie osocza bogatopłytkowego (PRP)
Uwaga: Pacjenci z malarią mają obniżoną liczbę płytek krwi w porównaniu do osób zdrowych 16,17,18. Dlatego stężenia płytek krwi dla CM i UM są dostosowane do średniej liczby płytek krwi u pacjentów w każdej z grup diagnostycznych malarii. Fenotyp agregacji P. falciparum jest powszechny w izolatach CM i wykazuje silne powinowactwo wiązania, zatem obniżone stężenia płytek krwi nie wpływają na wielkość ani częstotliwość agregacji, ponieważ stężenie płytek krwi jest standaryzowane dla wszystkich przypadków CM.
1.2 Przygotowanie osocza ubogopłytkowego (PPP)
2. Hodowla pasożyta
3. Przygotowanie cienkiego rozmazu krwi
4. Oczyszczanie i synchronizacja stadiów bezpłciowych
Oczyszczanie dojrzałych pRBC P. falciparum jest niezbędnym etapem testu aglutynacji (clumping assay). W rzeczywistości tylko dojrzałe pasożyty są zdolne do wiązania się z receptorami płytek krwi, ponieważ to na tym etapie cyklu życiowego ekspresowane są odpowiednie ligandy, które wystają z powierzchni zakażonych erytrocytów. Istnieje kilka metod oczyszczania i synchronizacji stadiów bezpłciowych P. falciparum: późne stadia bezpłciowe można wzbogacić za pomocą gradientu Percoll 19, magnetycznego sortowania komórek 20 lub stosując protokół sedymentacji w żelatynie 21 opisany w niniejszej pracy. Synchronizacja sorbitolem pozwala na wyselekcjonowanie stadiów pierścieniowych 22, które następnie hoduje się przez 24-26 hr w celu uzyskania stadiów dojrzałych (bez konieczności przeprowadzania flotacji w żelatynie).
4.1 Flotacja w Plasmagelu
Flotacja w żelu plazmowym (plasmagel) wykorzystuje roztwór przypominający żelatynę do selekcji lżejszych, guzowatych erytrocytów, które pozostają w roztworze, podczas gdy formy pierścieniowe o większej gęstości oraz rozetki opadają na dno. Technika ta pozwala uzyskać do 90% czystości erytrocytów zainfekowanych w stadium dojrzałym i może być stosowana zarówno w przypadku izolatów polowych, jak i laboratoryjnych. Jednakże, jak wspomniano wcześniej, flotacja w żelu plazmowym usuwa pRBC tworzące rozety, a także stadia niedojrzałe, co może prowadzić do zmniejszenia częstotliwości agregacji (clumping) w próbkach o wysokiej częstotliwości tworzenia rozet. Niemniej jednak, brak pRBC tworzących rozety po flotacji w żelu plazmowym nie wpływa na test agregacji, ponieważ tworzenie rozet jest interakcją pRBC z niezinfekowanymi erytrocytami, natomiast agregacja polega na wiązaniu pRBC za pośrednictwem płytek krwi. Ligandy zaangażowane w te dwie cechy są różne; za tworzenie rozet odpowiada głównie receptor dopełniacza CR-1 na niezinfekowanych erytrocytach.
UWAGA: Odsetek dojrzałych pRBC mieści się w zakresie 60-90% zainfekowanych erytrocytów, w zależności od początkowej parasitemii hodowli. Aby uzyskać wysoki odsetek dojrzałych pasożytów, należy stosować hodowle o początkowej parasitemii ≥10%.
5. Test aglutynacji
Przykład testu zlepiania zapśredniczonego przez płytki krwi z wykorzystaniem około 70% dojrzałych stadiów P. falciparum po wzbogaceniu metodą flotacji w plasmagelu przedstawiono na Ryc. 2. Zlep (clump) to agregat trzech lub więcej zainfekowanych erytrocytów. Barwienie pomarańczem akrydynowym lub bromkiem etydyny można wizualizować za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej. Pomarańcz akrydynowy jest podobny spektralnie do fluoresceiny, z maksimum wzbudzenia przy 502 nm i maksimum emisji przy 525 nm (zielony), natomiast bromek etydyny ma maksimum wzbudzenia przy 493 nm i maksimum emisji przy 620 nm (podobnie jak barwniki rhodaminowe, czerwony). Zlepy są łatwo dostrzegalne pod mikroskopem, ponieważ w świetle przechodzącym wyglądają jak agregaty komórek, a w fluorescencji jako zielone lub czerwone plamy przy barwieniu odpowiednio pomarańczem akrydynowym lub bromkiem etydyny, co pokazano na Ryc. 2 (punkt czasowy 30 min z użyciem pomarańczu akrydynowego). Im większe są zlepy, tym większy agregat komórek jest widoczny w świetle przechodzącym i tym większe są zielone lub czerwone plamy w fluorescencji dla odpowiednich barwników. Ponieważ barwniki wiążą się z DNA i w związku z tym barwią jądra, płytki krwi i niezainfekowane RBC nie są wykrywane w mikroskopii fluorescencyjnej ze względu na brak jąder komórkowych.
Po 30 min dochodzi do przypadkowej formacji małych skupisk pRBC, zawierających 4,7±1,6 pRBC/skupisko. Wielkość skupisk znacząco wzrasta do średnio >15 pRBC/skupisko po 120 min inkubacji, przy czym niektóre skupiska zawierają liczne pRBC/skupisko, których nie można było policzyć wizualnie. Częstotliwość fenotypu agregacji oblicza się jako liczbę zainfekowanych komórek obecnych w skupiskach/1 000 zainfekowanych komórek, policzonych w dwóch powtórzeniach pomiarowych.

Rycina 1. Schemat doświadczenia dotyczącego agregacji. Plazmę bogatą i ubogą w płytki krwi (A) oraz kulturę erytrocytów zainfekowanych P. falciparum (B) przygotowuje się, a następnie łączy w celu przeprowadzenia testu agregacji (C).

Rysunek 2. Agregacja erytrocytów zainfekowanych izolatem laboratoryjnym P. falciparum. Agregaty utworzone przez szczep HB3 w czasie 0, 30 i 120 min w osoczu bogatym w płytki krwi (A) oraz słaba agregacja w osoczu ubogim w płytki krwi (B).
Ograniczenia analizy
Istnieją ograniczenia, które wpływają konkretnie na funkcję płytek krwi lub rzutują na wynik badania, a większość z nich została już wskazana przez Armana i Rowe 15. Poniżej wymieniamy niektóre z potencjalnych problemów, które mogą wystąpić na różnych etapach testu:
Opisaliśmy test aglutynacji pośredniej z udziałem płytek krwi, wykorzystywany do badania pRBC w izolatach klinicznych bezpośrednio w terenie. Aglutynacja pośrednia z udziałem płytek krwi, będąca charakterystycznym zachowaniem w P. falciparum izolaty kliniczne, został zidentyfikowany jako odrębny fenotyp adhezyjny, często występujący w izolatach wiążących CD36 12,23-24Wykorzystaliśmy ten test do zidentyfikowania trzech głównych kwestii: 1) silnej in vitro fenotyp agregacji P. falciparum 1) wyizolowany od dzieci z Malawi, który jest powiązany z ciężkością przebiegu choroby i diagnozą, 2) nowy receptor P-selektyna pośredniczy w agregacji płytek krwi wraz z CD36, 3) stopień małopłytkowości występujący u pacjentów z CM jest wystarczający, aby ograniczyć dalsze tworzenie się agregatów pRBC in vitro 12Udział płytek krwi w tworzeniu skupisk wykazano poprzez badanie preparatu na świeżo, zgodnie z opisem w sekcji 6. Płytki krwi można wyizolować z PRP poprzez wirowanie z wysoką prędkością w celu zminimalizowania reakcji antygenowych grup krwi; jednak w niniejszej pracy zastosowano pełne PRP, aby ograniczyć przedwczesną aktywację płytek wynikającą z nadmiernej manipulacji oraz wirowania z wysoką prędkością. Aktywność płytek krwi można zmierzyć za pomocą testu agregacji płytek z użyciem słabych agonistów płytek, takich jak adrenalina lub difosforan adenozyny (ADP). 25 zgodnie z opisem w 26.
Istnieje kilka aspektów testu, które wcześniej były słabo scharakteryzowane; jednym z nich jest znaczenie wyboru źródeł PRP oraz wpływ grup antygenowych krwi na wynik testu. Przygotowaliśmy PRP od osób z grupą krwi O+, które nie przyjmowały żadnych leków w ciągu ostatnich 7-10 dni przed pobraniem krwi, ponieważ niektóre preparaty farmaceutyczne mogą wpływać na zachowanie płytek krwi.
Inne czynniki, które mogą wpływać na powodzenie procesu agregacji, obejmują hematokryt pRBC, poziom parasitemii oraz czas trwania testu agregacji. Przy wysokim hematokrycie i liczbie płytek krwi trudno byłoby rozstrzygnąć, czy skupisko jest faktycznie agregatem, czy też zbyt wiele komórek znajduje się blisko siebie jedynie z powodu gęstego upakowania 15. Agregacja zazwyczaj wzrasta również wraz z wydłużeniem czasu inkubacji. Są to przydatne wytyczne, które należy wziąć pod uwagę podczas projektowania badań nad agregacją.
Stwierdzamy, że próbki z różnych grup klinicznych mogą być analizowane równolegle przy użyciu PRP od tego samego dawcy, jeśli jest to możliwe, jednak w warunkach ograniczonych zasobów, takich jak stanowiska terenowe, pula transfuzji jest zazwyczaj ograniczona. Trudno jest zatem pozyskać jednego dawcę grupy O+, aby zestandaryzować testy. W związku z tym zidentyfikowano kilku dawców grupy O+, aby w miarę możliwości zapewnić zgodność grup krwi. Wykorzystanie wielu dawców jest pomocne również w przypadku dużych liczebności próbek, tak aby obciążenie związane z oddawaniem krwi nie spoczywało tylko na jednej osobie.
Punkty pobierania próbek w 15-20 min są znacznie bardziej praktyczne, jeśli testy przeprowadza jedna osoba, co pozwala na przygotowanie preparatów na świeżo i badanie kinetyki testu bez nakładania się czasów pobierania próbek. Większość danych mikroskopowych ma charakter wizualny i w pewnym stopniu obiektywny; dlatego ważne jest, aby liczenie komórek zostało zweryfikowane przez więcej niż jedną osobę. W takim przypadku analiza jednej próbki naraz pozwala na pełną analizę od trzech do czterech próbek dziennie, w zależności od wydajności osobistej.
Agregację zapośredniczoną przez płytki krwi można przeprowadzać z użyciem zarówno izolatów klinicznych, jak i laboratoryjnych. W przypadku linii laboratoryjnych zaleca się stosowanie pasożytów wiążących CD36, aby zmaksymalizować częstość agregacji. Test ten można łączyć z innymi testami aglutynacji, takimi jak tworzenie rozet, lub wykorzystać w testach inhibicji agregacji, co umożliwiłoby badanie receptorów na płytkach krwi, które mogą zapośredniczać wiązanie pRBC – aspektu tego fenotypu słabo rozpoznanego i zbadanego.
Nie zgłoszono żadnych konfliktów interesów.
Niniejsza praca została zrealizowana dzięki finansowaniu z The Wellcome Trust. JM (080964) oraz SCW (080948) otrzymali wsparcie w ramach stypendiów Wellcome Trust, a DT w ramach stypendium studenckiego Malawi-Liverpool-Wellcome Trust.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 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 | |
| Probówka vacutainer z cytrynianem sodu | BD | 362760 | pojemność 4 ml |
| Mikroskop odwrócony | Leica | MD16000 B | |
| Mikroskop fluorescencyjny | Leica | EL6000 | Zawiera filtry fluorescencyjne światła niebieskiego i zielonego dla pomarańczu akrydynowego i bromku etydyny |