Ten protokół pozwala badaczowi na wyizolowanie i scharakteryzowanie makrofagów rezydujących w tkankach w różnych charakterystycznych tkankach objętych stanem zapalnym, pobranych z modeli zaburzeń metabolicznych wywołanych dietą.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół pozwala badaczowi na wyizolowanie i scharakteryzowanie makrofagów rezydujących w tkankach w różnych charakterystycznych tkankach objętych stanem zapalnym, pobranych z modeli zaburzeń metabolicznych wywołanych dietą.
Otyłość sprzyja przewlekłemu stanowi zapalnemu, w którym pośredniczą głównie makrofagi rezydujące w tkankach, jak również makrofagi pochodzące z monocytów. Otyłość indukowana dietą (DIO) jest cennym modelem w badaniu roli heterogeniczności makrofagów; Jednak odpowiednie izolacje makrofagów są trudne do uzyskania z tkanek objętych stanem zapalnym. W tym protokole przedstawiamy etapy izolacji i niezbędne wytyczne dotyczące rozwiązywania problemów wynikające z naszych badań w celu uzyskania odpowiedniej populacji makrofagów rezydujących w tkankach od myszy po 18 tygodniach interwencji na diecie wysokotłuszczowej (HFD) lub wysokotłuszczowej/wysokocholesterolowej (HFHCD). Protokół ten koncentruje się na trzech charakterystycznych tkankach badanych w otyłości i miażdżycy, w tym wątrobie, białej tkance tłuszczowej (WAT) i aorcie. Podkreślamy, w jaki sposób dualistyczne zastosowanie cytometrii przepływowej może osiągnąć nowy wymiar izolacji i charakterystyki makrofagów rezydujących w tkankach. Podstawowa sekcja tego protokołu dotyczy zawiłości leżących u podstaw trawienia enzymatycznego specyficznego dla tkanek i izolacji makrofagów, a następnie barwienia przeciwciał na powierzchni komórki do analizy cytometrii przepływowej. Protokół ten odnosi się do istniejących złożoności leżących u podstaw sortowania komórek aktywowanych fluorescencyjnie (FACS) i przedstawia wyjaśnienia dotyczące tych zawiłości, aby uzyskać szeroki zakres charakterystyki z odpowiednio posortowanych populacji komórek. Alternatywne metody wzbogacania są dostępne do sortowania komórek, takich jak gęsta wątroba, co pozwala na elastyczność i zarządzanie czasem podczas pracy z FACS. Krótko mówiąc, protokół ten pomaga badaczowi w ocenie niejednorodności makrofagów z wielu tkanek objętych stanem zapalnym w danym badaniu i dostarcza wnikliwych wskazówek dotyczących rozwiązywania problemów, które okazały się skuteczne w korzystnej izolacji komórkowej i charakterystyce komórek odpornościowych w zapaleniu za pośrednictwem DIO.
Modele myszy były szeroko wykorzystywane do badania dynamiki chorób ludzkich. Właściwa izolacja komórek rezydujących w tkance od myszy w stanie chorobowym może stanowić platformę do zrozumienia molekularnego i komórkowego wkładu w patogenezę choroby1. Jednym z zaburzeń, które ma kluczowe znaczenie, jest otyłość. Częstość występowania otyłości rośnie na całym świecie równolegle z insulinoopornością i cukrzycą typu 2, chorobami układu krążenia i stłuszczeniem wątroby2,3. Nadmierne spożycie składników odżywczych jest dodatkowo zniekształcone przez zmniejszoną aktywność fizyczną, która wyzwala zmienione sygnały emanujące z tkanki tłuszczowej, które mogą zmienić środowisko komórkowe innych tkanek obwodowych, takich jak aorta i wątroba4. Takie zaburzenie homeostazy metabolicznej skutkuje przewlekłym ogólnoustrojowym zapaleniem o niskim stopniu nasilenia5.
jove_content, jak również ich rekrutacja do białej tkanki tłuszczowej (WAT), nie tylko inicjuje rozregulowanie sygnałów metabolicznych, ale także podtrzymuje stan zapalny6,7. Heterogeniczność fenotypowa i funkcjonalna makrofagów jest silnie związana z patogenezą chorób współistniejących związanych z otyłością7. Dynamiczna plastyczność polaryzacji makrofagów pozwala tym komórkom wykazywać szereg aktywowanych fenotypów, które koordynują postęp i ustępowanie stanu zapalnego8. Podczas gdy klasycznie aktywowane makrofagi (M1) są zaangażowane w rozprzestrzenianie się stanu zapalnego, alternatywnie aktywowane makrofagi (M2) są związane z rozdzielczością i naprawą tkanek9,10.Gdy organizm przechodzi stres metaboliczny, biała tkanka tłuszczowa nienormalnie się gromadzi. Rozszerzona tkanka tłuszczowa przyciąga i zatrzymuje komórki zapalne, które głęboko zmieniają normalną funkcję adipocytów, sprzyjając insulinooporności, hiperglikemii i ostatecznie cukrzycy typu 2, insulinooporności lub hiperglikemii11,12. Równolegle biała tkanka tłuszczowa przebudowuje się w odpowiedzi na sygnały zapalne uwalniane przez infiltrowane klasycznie aktywowane (M1) makrofagi tkanki tłuszczowej (ATM)13,14. Ten wielokomórkowy narząd emituje kaskadę sygnałów, które zakłócają normalne funkcjonowanie innych narządów ciała, takich jak aorta i wątroba4.
Wątroba to metaboliczna potęga, która dostosowuje się w odpowiedzi na bodźce pochodzące z pobliskich rozregulowanych WAT15. Makrofagi wątrobowe lub komórki Kupffera, w odpowiedzi na zmiany metaboliczne, wydzielają cytokiny zapalne, które przekształcają zarówno fenotyp komórek miąższowych, jak i niemiąższowych oraz sprzyjają przebudowie tkanek. Nagromadzenie lipidów w wątrobie, stan zapalny, nadmierne złogi macierzy zewnątrzkomórkowej, martwica i ostateczna utrata funkcji następują po urazach zapalnych, przyczyniając się do szerokiego spektrum uszkodzeń wątroby związanych z niealkoholową stłuszczeniową chorobą wątroby16,17,18.
Równolegle do upośledzenia funkcji WAT i wątroby, duże tętnice gromadzą lipidy w ścianie tętnicy, ponieważ organizm przechodzi przewlekły stres metaboliczny19. Akumulacja lipidów w tętnicach wyzwala wydzielanie chemokin przez aktywowane komórki śródbłonka, a następnie rekrutację monocytów20. Po rekrutacji monocyty namnażają się, różnicują, połykają lipoproteiny i stają się komórkami piankowatymi. Miażdżyca jest inicjowana i podtrzymywana przez prozapalną aktywność rekrutowanych i rezydujących w tkankach makrofagów obciążonych lipidami. Ulegając zewnątrzkomórkowym i wewnątrzkomórkowym sygnałom stresu przekazywanym w tym aterogennym mikrośrodowisku, makrofagi te angażują się następnie w apoptotyczną kaskadę sygnalizacyjną. Gdy te komórki piankowate obumierają, wnoszą swoją wypełnioną lipidami zawartość do martwiczego rdzenia zmiany, co następnie prowadzi do pęknięcia płytki nazębnej, zawału mięśnia sercowego i udaru.
Łącznie, niejednorodność fenotypów makrofagów częściowo koordynuje otyłość wywołaną zmianami zapalnymi obserwowanymi w rozregulowanych tkankach, takich jak WAT, wątroba i aorta8,21. Charakterystyka zrekrutowanych i rezydujących w tkankach makrofagów może dostarczyć informacji na temat potencjalnych celów molekularnych, które manipulują fenotypem makrofagów1. Aby skutecznie scharakteryzować makrofagi z tkanek zapalnych wywołanych otyłością, można uzyskać zawiesinę jednokomórkową poprzez trawienie enzymatyczne. Takie protokoły dysocjacji muszą być skuteczne w wystarczającej degradacji tkanki łącznej, jednocześnie minimalizując śmierć komórek immunologicznych i zapewniając optymalną wydajność komórek. Mieszanina enzymów zależy od rodzaju tkanki i jej budowy strukturalnej. Sprężyste tkanki, takie jak aorta, wymagają silniejszej aktywności enzymatycznej w porównaniu z wątrobą i WAT, aby osiągnąć dysocjację tkanek. Z zawiesiny pojedynczej komórki można jednoznacznie scharakteryzować lub wyizolować makrofagi rezydujące w tkankach w celu dalszych analiz, takich jak profilowanie transkrypcyjne.
Tutaj opisany jest protokół specyficzny dla tkanki, który wykorzystuje trawienie tkanek zależne od kolagenazy i polichromatyczną cytometrię przepływową, aby skutecznie izolować i charakteryzować rezydujące w tkankach makrofagi uzyskane z tradycyjnych modeli myszy indukowanych dietą, miażdżycy, prostego stłuszczenia i stłuszczeniowego zapalenia wątroby. Jednoczesne barwienie markerów powierzchniowych komórek przeciwciałami przeciwko antygenom specyficznym dla leukocytów (CD45 i/lub CD11b) i makrofagów (F4/80) jest często stosowane do identyfikacji populacji makrofagów22. Sortowanie komórek aktywowane fluorescencją (FACS) jest potężną strategią stosowaną do sortowania tych zidentyfikowanych populacji o wysokiej czystości. Posortowaną populację można następnie ocenić pod kątem profili genów specyficznych dla fenotypu za pomocą dalszej analizy molekularnej (takiej jak ilościowa reakcja łańcuchowa polimerazy w czasie rzeczywistym)23. Chociaż standardowa cytometria przepływowa i sortowanie komórek oparte na cytometrii przepływowej są potężnymi narzędziami do rozróżniania makrofagów w bardzo niejednorodnej zawiesinie komórek, te pierwsze protokoły muszą zostać zoptymalizowane, aby zapewnić pomyślne wyniki. W tym badaniu opisano protokoły, które skutecznie izolują i charakteryzują żywotne makrofagi specyficzne dla tkanki; Co ważniejsze, badanie to dostarcza kluczowych informacji na temat często pojawiających się problemów technicznych, a także proaktywnych i rozwiązywanych strategii zapobiegania im i/lub ich rozwiązywania.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie protokoły eksperymentalne (Sekcje 1, 1.2 i 1.3) zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC) na Uniwersytecie Stanowym Pensylwanii.
| tkanka | Przygotowanie dysocjacyjnych | Ostatni tom | składowanie |
| Biała tkanka tłuszczowa (WAT) | Bufor dysocjacyjny: 2,5% HEPES, 10 mg/ml albuminy surowicy bydlęcej (BSA), 3 mg/ml (0,3%) Kolagenaza typu II w zmodyfikowanym pożywce Dulbecco's Eagle Medium (DMEM) z 4,5 g/l glukozy bez L-glutaminy i pirogronianu sodu | 500 ml | minus 80 °C (10 ml podwielokrotności) |
| Wątroba | 25x perfuzyjny koncentrat buforowy (PBC): 3,55 M NaCl, 168 mM KCl, 240 mM HEPES, 150 mM NaOH w destylowanym dejonizowanymH2O | 500 ml | minus 20 °C (40 ml podwielokrotności) |
| Bufor konserwujący (PRB): 1% BSA w 1x buforze perfuzyjnym | 1 L | 4 °C | |
| Bufor dysocjacyjny: 1x Bufor perfuzyjny uzupełniony 4,76 mM CaCl2 i 72 U / ml kolagenazy typu IV | 50 ml (na mysz) | Przygotować bezpośrednio przed użyciem | |
| aorta | Bufor dysocjacyjny: 125 U/ml kolagenazy typu XI, 60 U/ml hialuronidazy typu I, 60 U/ml DNazy I, 450 U/ml kolagenazy typu I, 20 mM HEPES w 1x sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS) | 500 ml | minus 80 °C (10 ml podwielokrotności) |
Tabela 1: Receptury perfuzyjnych specyficznych dla tkanek.
1. Izolacja i dysocjacja tkanek
2. Cytometria przepływowa i barwienie FACS
TGL TGL TGL TGL TGL TGLI TGLI TGL| Fluorofor | R-fikoerytryna (PE) | PE/Cyjanina (Cy) 7 | PE/cyjanina (Cy) 5 | Błękit pacyficzny (PB) |
| Laser (nm) | Niebieski (488 nm) / Żółty (561-570 nm) - Zielony (532 nm) | Niebieski (488 nm) / Żółty (561-570 nm) - Zielony (532 nm) | Niebieski (488 nm) / Żółty (561-570 nm) - Zielony (532 nm) | Fioletowy (405 nm) |
| WzbudzenieMAX (nm) | Okręg wyborczy 496 | Okręg wyborczy 496 | Okręg wyborczy 496 | Rejon 401 |
| Emisja MAX (nm) | Okręg wyborczy 578 | 785 | 667 | Okręg wyborczy 455 |
| Marker fenotypowy | Rozmiar F4/80 | Płyta CD11c | Płyta CD11b | Płyta CD45 |
| EMR1, LY71 | integryna αX, integryna łańcucha αX, CR4, p150, ITGAX | Integryna αM, Mac-1, Mo1, CR3, Ly-40, C3biR, ITGAM | T200, Ly-5, LCA | |
| Docelowy typ komórki | Makrofagi rezydujące w tkankach | Klasycznie aktywowane (M1) makrofagi | Monocyty / makrofagi | Leukocyty (makrofagi / monocyty, limfocyty i granulocyty) |
| Podzbiór komórek dendrytycznych | Komórki dendrytyczne, komórki NK, aktywowane limfocyty T i podzbiór jelitowych limfocytów śródnabłonkowych (IEL) | Granulocyty, komórki dendrytyczne, komórki NK oraz podzbiory limfocytów T i B | ||
| Współczynnik rozcieńczenia | 1:50 | 1:100 | 1:100 | 1:100 |
| Kontrolki izotypu | PE Szczur IgG2a | PE/CY7 Chomik ormiański IgG | PE/Cy5 Szczur IgG2b | Szczur błękitny pacyficzny IgG2c |
Tabela 2: Lista przeciwciał oznaczonych fluoroforem specyficznych dla rozróżniania makrofagów rezydujących w tkankach.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podczas korzystania z myszy C57BL/6 (BL6) z niedoborem apolipoproteiny E (ApoE KO) utrzymywanych na diecie wysokotłuszczowej i wysokocholesterolowej (HCHFD lub HCD) przez 18 tygodni, 1 x 104 - 2 x 104 CD45+F4/80+ makrofagi aorty mogą być izolowane po połączeniu dwóch próbek. Wątroby wypreparowane od myszy ApoE KO karmionych HFHCD, wyprodukowały więcej niż 5 x 105 posortowanych komórek Kupffera (w zależności od dostępnego czasu sortowa...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Modele zaburzeń metabolicznych wywołanych dietą, które naśladują choroby współistniejące, takie jak miażdżyca, stłuszczenie proste, stłuszczeniowe zapalenie wątroby i cukrzyca typu 2, są szeroko stosowane w celu lepszego zrozumienia mechanizmów molekularnych leżących u podstaw postępu choroby. Trawienie zależne od kolagenazy jest często stosowane do dysocjacji tkanek w celu uwolnienia komórek z macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM)16,27. Enzymy, takie jak kolagenaza,...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają konfliktu interesów, który mogliby ujawnić.
Chcielibyśmy podziękować Głównemu Ośrodku Cytometrii Przepływowej w Kompleksie Naukowym Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Igły 26 G x 5/8 cala | BD | 305115 | |
| Rurki 23 G x 0,75 cala x 12 cali Zestaw do pobierania krwi | BD | 367297 | Służy do kaniulacji podwątrobowego IVC podczas perfuzji wątroby |
| 21 G 1 1/2 cala. Igły | BD | 305156 | |
| Strzykawka 1 ml z gumowymi ogranicznikami | |||
| 10 ml Strzykawka | BD | 309604 | |
| 1 ml Strzykawka | BD | 309659 | |
| F4/80 PE | Biolegend | 123110 | |
| CD11c PE/Cy7 | Biolegend | 117318 | |
| CD11b PE/Cy5 | eBioscience | 15-0112-81 | |
| Blok Anti-Mouse CD16/32 FC | Biolegend | 101320 | |
| CD45 Pacific Blue | Biolegend | 103126 | |
| PE Szczur IgG2a | Biolegend | 400508 | |
| PE/Cy7 Chomik ormiański IgG | Biolegend | 400922 | |
| PE/Cy5 Szczur IgG2b | Biolegend | 400610 | |
| Szczur niebieski pacyficzny IgG2c | Biolegend | 400717 | |
| Dulbecco' s Zmodyfikowany Eagle Medium (DMEM) | Cellgro | 15-017-CV | |
| 1x sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS) | Cellgro | 21-031-CV | |
| 70 μ m sitka komórkowe | Corning, Inc. | 352350 | |
| Probówka do mikrowirówek 1,7 ml | Denville | C2170 | |
| Paraformaldehydowy roztwór wodny -16x | Mikroskopia elektronowa Sciences | CAS #30525-89-4 | |
| Nożyczki do mikropreparacji, 3.5 cala, proste, 23 mm, ostre | Stoelting | 52132-10P | Używany do ogólnych celów preparacyjnych |
| Mikrokleszcze, 4 cale, pełna krzywa, 0,8 mm | Stoelting | 52102-37P | Używany do ogólnych celów preparacyjnych |
| Nożyczki do preparowania sprężyn – 3 mm Krawędź tnąca | Fine Science Tool | 15000-10 | Służy do rozwarstwiania aorty Kroki od 1.3.3.17 do 1.3.3.28 |
| Zakrzywiony 0,07 mm x 0,04 mm Kleszcze końcówkowe | Fine Science Tool | 11297-10 | Służy do rozwarstwiania aorty Kroki 1.3.3.17 do 1.3.3.28 |
| Kleszcze hemostatyczne (zakrzywione) | Fine Science Tool | 13021-12 | |
| Heparyna Sól sodowa | Fischer Scientific | 9041-08-1 | |
| 35 mm Hodowla komórkowa/szalki Petriego | Fischer Scientific | 12-565-90 | |
| Polistyrenowe szalki Petriego (10 cm) z pokrywką | Fischer Scientific | 08-757-100D | |
| 15 ml stożkowe probówki wirówkowe (polipropylen) | Fischer Scientific | 14-959-53A | |
| 50 ml stożkowe probówki wirówkowe ( Polipropylen) | Fischer Scientific | 14-432-22 | |
| 5 ml rurki z polistyrenu okrągłodennego | Fischer Scientific | 14-959-5 | |
| Płodowa surowica bydlęca | Gemini Bio-Products | 100-106 | |
| Etanol (alkohol etylowy denaturowany, dowolny wodny) | Millipore | EX0285-1 | |
| Albumina surowicy bydlęcej | Rockland | BSA-50 | |
| HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
| Kolagenaza typu II | Sigma-Aldrich | C6885 | |
| Collagenasse Typ XI | Sigma-Aldrich | C7657 | |
| Hialuronidaza typu I | Sigma-Aldrich | H3506 | |
| DNAse | Sigma-Aldrich | DN25 | |
| Kolagenaza typu I | Sigma-Aldrich | C0130 | |
| NaOH | Sigma Aldrich | 1310-73-2 | |
| CaCl2 | Sigma Aldrich | 449709-10G | |
| Zlewka 500 ml | Sigma Aldrich | 02-540M | |
| 4 cm Zacisk hemostatyczny | Stoelting | 52120-40 | |
| Kleszcze zębate | Stoelting | 52104-33P | |
| 50 μ m Filtry jednorazowe | Systemex | 04-0042-2317 | |
| Kolagenaza Typ IV | ThermoFischer Scientific | 17104019 | |
| Chlorek amonu Potas (ACK) | ThermoFischer Scientific | ||
| Maszynki do golenia (0,22 mm (0,009")) | VWR International | 55411-050 | |
| Texas Red Żywa/martwa plama | Czerwona plama żywotności (w Rysunek 1A) |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie