UWAGA: Niniejszy protokół można zastosować w wielu aplikacjach, takich jak kwantyfikacja fagocytozy i polimeryzacji aktyny, co zostało wykorzystane w naszej wcześniej opublikowanej pracy12. Protokół ten pozwala na szeroki zakres modyfikacji, a Tabela 1 zawiera listę typów komórek i cząstek z sukcesem wykorzystanych w poprzednich badaniach. Standardowe zastosowanie tego protokołu do kwantyfikacji fagocytozy lub polimeryzacji aktyny przedstawiono na Schemacie 1.

Schemat 1: Schemat analizy fluorometrycznej w celu ilościowego oznaczenia fagocytozy i polimeryzacji aktyny. Po wysianiu komórek, poddaniu ich działaniu czynników i umożliwieniu adhezji, do komórek w celu przeprowadzenia fagocytozy dodaje się cząsteczki znakowane zieloną fluorescencją (FITC). Reakcję zatrzymuje się poprzez przemycie błękitem trypanowym lub antybiotykiem (aby usunąć cząsteczki niezinternalizowane), a następnie utrwalanie przeprowadza się przy użyciu 4% paraformaldehydu. Następnie komórki barwi się czerwoną fluorescencyjną sondą do aktyny (rodamina falloidyna) oraz niebieskim znacznikiem fluorescencyjnym (DAPI). Wskaźniki fagocytozy i polimeryzacji aktyny są ilościowo określane jako stosunek względnych jednostek fluorescencji zielonej do niebieskiej (FITC/DAPI) lub czerwonej do niebieskiej (rodamina/DAPI).
1. Wysiewanie i traktowanie komórek
UWAGA: Przed rozpoczęciem należy rozważyć przeprowadzenie zabiegów z co najmniej 4 powtórzeniami technicznymi oraz uwzględnienie w układzie płytki następujących kontroli: samych komórek (niebarwionych, tylko z DAPI lub tylko z rhodamine) oraz samych cząsteczek.
- Wszystkie czynności polegające na dodawaniu odczynników w krokach 1-4 należy przeprowadzić w sterylnym dygestorium do hodowli komórkowych, aby chronić próbki przed kontaminacją.
- Makrofagi (mysia linia komórkowa J774) wysiać do płytki 96-dołkowej w zagęszczeniu 1-5 x 104 komórek w 50 μl (na dołek) podgrzanego medium z dodatkami. Optymalne dla tej metody są czarne płytki 96-dołkowe z przezroczystym lub czarnym dnem, w zależności od możliwości odczytu urządzenia.
- Jako medium z dodatkami należy zastosować 10% FBS inaktywowany ciepłem, aby uniknąć interferencji kaskady dopełniacza, oraz 1% penicyliny/streptomycyny (jeśli do fagocytozy nie są używane żywe bakterie). W przypadku komórek adherentnych należy odczekać 1-2 h na adhezję, a w przypadku komórek nieadherentnych płytkę z komórkami wirować przez 10 min przy 500 x g.
- Dodać odpowiednie agonisty/antagonisty lub kontrolę nośnika w stężeniu 2x (resuspendowane w PBS lub, co bardziej zalecane, w medium z dodatkami) w objętości 50 μl, aby uzyskać objętość końcową 100 μl (1x), i inkubować przez wymagany czas. Zastosowanie pipety wielokanałowej oraz rezerwuarów na odczynniki usprawni proces przetwarzania próbek.
2. Opsonizacja cząsteczek fluorescencyjnych

Tabela 1: Badane typy komórek i cząsteczki fluorescencyjne w analizie fluorometrycznej fagocytozy i polimeryzacji aktyny. Tabela 1 przedstawia kombinacje typów komórek (linii komórkowych i komórek pierwotnych), które nasza grupa wykorzystała w metodzie fluorometrycznej. Poza badaniem fagocytozy i polimeryzacji aktyny w komórkach typu dzikiego, wykorzystaliśmy niektóre z tych cząsteczek do badania fagocytozy w komórkach transfekowanych wykazujących ekspresję GFP (zielonego białka fluorescencyjnego). Fluorescencja komórek transfekowanych plazmidami zawierającymi reportery fluorescencyjne może być również stosowana jako marker komórkowy w połączeniu z DAPI. Legenda do tabeli: A – polimeryzacja aktyny; P – fagocytoza; PT – fagocytoza w transfekowanych komórkach znakowanych GFP; OPDex – opsonyzowane kuleksy dextranu; HKOP – zabite termicznie i opsonyzowane.
- Należy zapewnić stałą ochronę cząsteczek fluorescencyjnych i znaczników przed światłem podczas przetwarzania, płukania oraz inkubacji, aby zapobiec fotoblaknięciu
- W przypadku cząsteczek w formie suchej, odważyć fluorescencyjne, zabite termicznie, opsonizowane (HKOP) bakterie (E2861: szczep E. coli K-12), zgodnie ze specyfikacją producenta. Należy zadbać o to, aby masa odpowiadała stosunkowi bakterii do komórek wynoszącemu 10:1 – 20:1 (lub przynajmniej stosunkowi 10:1 – powszechnie stosowanemu w kwantyfikacji fagocytozy)13,14. Liczba cząsteczek może zostać podana przez producenta lub określona poprzez liczenie seryjnych rozcieńczeń roztworu stokowego o stężeniu 1 mg/ml.
- Resuspendować w 50 μl PBS i mieszać na wortexie przez 1 minutę na najwyższym ustawieniu. Należy zapewnić prawidłowe mieszanie (tutaj i w całym protokole), ponieważ cząsteczki mają tendencję do agregacji, co może wpłynąć na skuteczność opsonizacji.
- W przypadku cząsteczek w zawiesinie, takich jak fluorescencyjnie znakowane kulki dekstranowe (kulki DEX), mieszać roztwór stokowy na wortexie przez 1 min, odmierzyć 50 μl zawiesiny lub, w zależności od stężenia kulek w danej objętości, określić ilość kulek, aby uzyskać stosunek kulek do komórek 10:1.
- Dodać równą objętość odczynnika opsonizującego do cząsteczek i intensywnie mieszać na wortexie przez kolejną minutę.
- Inkubować cząsteczki z odczynnikiem opsonizującym w temperaturze 37 °C przez 1 h.
- Po inkubacji odwirować cząsteczki przez 5 min przy 500 x g i usunąć nadosad zawierający nadmiar odczynnika opsonizującego. Przepłukać cząsteczki, dodając 100 μl PBS, mieszać na wortexie w celu resuspensji osadu, a następnie odwirować przez 5 min przy 500 x g.
- Powtórzyć te kroki dwukrotnie, aby zapewnić prawidłową opsonizację i usunięcie niezwiązanych przeciwciał.
- Przygotować roztwór roboczy opsonizowanych cząsteczek poprzez ich resuspensję w 5 ml pożywki (ilość wystarczająca dla jednej płytki 96-dołkowej) i przechowywać w ciemności do momentu dodania do komórek.
3. Fagocytoza
- Umieść roztwór roboczy cząsteczek w sterylnym zbiorniku na odczynniki. Stąd dodaj 50 μl opsonizowanych cząsteczek do komórek przygotowanych w kroku 1 (aby uzyskać końcowe stężenie 50 ng/ml) i pozwól na zajście fagocytozy w standardowych warunkach hodowli komórkowej. Poniżej przedstawiono dwie metody fagocytozy, które można ocenić za pomocą tej metody (Schemat 2).

Schemat 2: Porównanie ciągłej i zsynchronizowanej fagocytozy. Fagocytoza ciągła polega na stopniowym internalizowaniu cząstek w czasie, w miarę jak powoli opadają one na komórki znajdujące się na dnie studzienki. Przeciwstawny etap synchronizacji (wirowanie) wymusza opadanie cząstek na dno, co zwiększa kontakt cząstek z komórkami i prowadzi do ich natychmiastowej internalizacji. Zsynchronizowana fagocytoza jest procesem szybszym, który prowadzi do gwałtowniejszej internalizacji cząstek dzięki zwiększonemu kontaktowi między komórkami a cząstkami.
-
- W przypadku metody fagocytozy ciągłej (Schemat 2), która pozwala komórkom na ciągłe fagocytowanieyopsomizowanych bakterii w miarę jak te powoli opadają na dno i kontaktują się z komórkami, należy zastosować dłuższe ramy czasowe, aby bakterie mogły dotrzeć na dno dołka i wejść w kontakt z komórkami. Jeśli przeprowadzany jest eksperyment w serii czasowej, należy dodawać bakterie w różnych odstępach czasu i przerwać wszystkie reakcje na całej płytce jednocześnie, aby przyspieszyć proces przetwarzania.
- W przypadku metody fagocytozy zsynchronizowanej (Schemat 2), która zwiększa kontakt cząsteczek z komórkami poprzez wirowanie, należy odwirować całą płytkę zawierającą komórki i cząsteczki (5 min przy 500 x g) natychmiast po dodaniu cząsteczek, aby ułatwić synchronizację wszystkich punktów czasowych i przyspieszyć interakcję cząsteczek z komórkami.
- Pomiar przebiegu czasowego należy rozpocząć bezpośrednio po zakończeniu etapu wirowania. Jeśli przeprowadzany jest eksperyment w serii czasowej, każdy punkt czasowy należy zatrzymywać niezależnie, w różnych odstępach czasu, zgodnie z poniższym opisem.
UWAGA: Metoda zsynchronizowanej fagocytozy jest nieco bardziej pracochłonna od poprzedniej, ale zapewnia wyższy indeks fagocytyczny w krótszym czasie.
4. Zatrzymanie fagocytozy
- W przypadku komórek adherentnych usunąć supernatant i dodać 50 μl rozcieńczonego błękitu trypanu w PBS (rozcieńczenie 1:2), aby wygasić fluorescencję bakterii nieinternalizowanych.
- W przypadku komórek nieadherentnych odwirować płytkę i usunąć supernatant. Dodać 50 μl rozcieńczonego błękitu trypanu. Należy pamiętać o wirowaniu płytki (5-10 min przy 500 x g) po każdym płukaniu, aby zminimalizować utratę komórek i umożliwić odpowiednie przemycie.
- Po inkubacji z błękitem trypanu dwukrotnie przemyć komórki roztworem PBS, aby usunąć pozostałości barwnika (aż do momentu, gdy PBS usunięty z dołka stanie się przejrzysty). Wykazano, że błękit trypanu wygasza fluorescencję15,16 nieinternalizowanych, znakowanych fluorescencyjnie, zabitych termicznie cząstek bakteryjnych, ale nie działa w przypadku żywych bakterii lub kulek OPDex. W przypadku żywych bakterii, zamiast płukania błękitem trypanu, należy zastosować płukanie antybiotykami takimi jak penicylina, streptomycyna lub gentamycyna, aby uniknąć zakłócającego wpływu fluorescencji z cząstek nieinternalizowanych.
- Utrwalić komórki za pomocą 100 μl 4% paraformaldehydu i inkubować przez 15 min w temperaturze pokojowej, a następnie przemyć PBS (po 100 μl na dołek przy każdym płukaniu). Na tym etapie można przechowywać komórki w temperaturze 4 °C do tygodnia lub przejść bezpośrednio do barwienia i kwantyfikacji.
UWAGA: Wszystkie kolejne kroki od tego momentu mogą być wykonywane poza komorą do hodowli komórkowej.
- Usunąć cały płyn i dodać 50 μl DAPI w stężeniu 5 ng/ml rozpuszczonego w PBS. Odczekać 5 min na zabarwienie, a następnie dwukrotnie przemyć PBS. Po etapie płukania dodać 50 μl PBS do każdego dołka i zarejestrować fagocytozę.
5. Barwienie aktyny
UWAGA: Oprócz fagocytozy, metoda fluorometryczna umożliwi ilościowe określenie polimeryzacji aktyny poprzez pomiar intensywności aktyny, która ulega zmniejszeniu podczas hamowania lamellipodiów, pseudopodiów i marszczenia błony w wyniku zastosowania inhibitora (Rysunek 1A). Jest to krok opcjonalny w przypadku zainteresowania ilościowym określeniem polimeryzacji aktyny dodatkowo do fagocytozy. Jeśli końcowym celem jest badanie polimeryzacji aktyny, zastosowanie cząstek fluorescencyjnych do badania fagocytozy jest opcjonalne.
- Po fiksacji paraformaldehydem (krok 4.3) wypłucz płytkę dwukrotnie roztworem PBS, używając 100 μl na studzienkę podczas każdego płukania. W celu permeabilizacji dodaj 50 μl 0,1% Triton X-100 w PBS i inkubuj przez 5 min w RT.
- Wypłucz 0,1% Triton X-100 dwukrotnie roztworem PBS (jak powyżej), a następnie blokuj 1% albuminą surowiczą bydlęcą (BSA) przez 20 min, aby uniknąć niespecyficznego wiązania znacznika.
- Po blokowaniu usuń roztwór BSA i niezwłocznie dodaj faloidynę z rodamyną. Aby przygotować roztwór roboczy barwnika z rodamyną, użyj 100 μl roztworu metanolowego (dostarczonego przez producenta) w 5 ml PBS (ilość wystarczająca na jedną płytkę). Z roztworu roboczego dodaj 50 μl na studzienkę i inkubuj przez 20 min w temperaturze pokojowej.
UWAGA: Po etapach płukania i barwieniu DAPI zgodnie z krokiem 4.4 komórki będą gotowe do kwantyfikacji.
6. Ilościowe oznaczenie
- Aby przeprowadzić ilościowe oznaczenie fagocytozy za pomocą fluorescencyjnego czytnika płytek, należy zmierzyć fluorescencję zieloną, używając filtra wzbudzenia o λ = 488 nm i filtra emisji o λ = 518 nm, oraz fluorescencję niebieską, używając filtra wzbudzenia o λ = 355 nm i filtra emisji o λ = 460 nm.
- Aby przeprowadzić ilościowe oznaczenie polimeryzacji aktyny za pomocą fluorescencyjnego czytnika płytek, należy zmierzyć fluorescencję niebieską przy λ = 355 nm i λ = 460 nm (jak powyżej) oraz fluorescencję czerwoną, używając filtra wzbudzenia o λ = 584 nm i filtra emisji o λ = 620 nm.
UWAGA: Dopuszczalna jest detekcja orbitalna lub centralna. Niektóre typy komórek gromadzą się bardziej przy krawędzi studzienki niż w jej centrum, w takim przypadku pomiar orbitalny może być korzystniejszy. W szczególności można zastosować średnią z trzech punktów na orbicie, aby uzyskać dokładniejsze wyniki.
- Całkowitą wartość RFU fluorescencji zielonej lub czerwonej należy podzielić przez odczyt fluorescencji niebieskiej (z DAPI), w zależności od znacznika cząsteczek lub celu pomiaru (ilościowe oznaczenie fagocytozy vs. aktyny) (Diagram 1). Ze względu na wysoką zmienność między płytkami, należy stosować indeksy względne (np. względem kontroli w t = 0), aby najlepiej zobrazować zaobserwowane trendy i ułatwić bardziej wiarygodną analizę statystyczną.