Badanie to zostało przeprowadzone zgodnie z Deklaracją Helsińską. Od wszystkich uczestników uzyskano pisemną świadomą zgodę, a próbki krwi i węzłów chłonnych pobrano za zgodą Institutional Review Board na University of Pennsylvania (IRB#809316, IRB# 815056). Wszyscy badani byli osobami dorosłymi. Próbki krwi pępowinowej zostały udostępnione przez oddział położnictwa i ginekologii (Labor and Delivery of the Department of Obstetrics & Gynecology) w Thomas Jefferson University. Wszystkie próbki zostały zanonimizowane.
1. Izolacja limfocytów T CD4+ do analizy obrazowej
- Rozmrozić 1 mL alikwot zawierający 107 zamrożonych monocyto-limfocytów krwi obwodowej (PBMC) lub monocyto-limfocytów węzłów chłonnych (LNMC) z zebranych próbek. W sterylnej komorze z laminarnym przepływem powietrza dodać rozmrożone komórki do 9 mL medium RPMI uzupełnionego o penicylinę/streptomycynę i glutaminę.
- Odwirować komórki przez 10 min przy 300 x g w temperaturze 4 °C, odprowadzić supernatant i resuspender komórki w 5 mL uzupełnionego medium RPMI zawierającego 10% FBS (medium kompletne). Inkubować komórki przez noc w inkubatorze CO2 w temperaturze 37 °C.
- Następnego dnia oczyścić limfocyty T CD4+ poprzez negatywną selekcję immunomagnetyczną, korzystając z dostępnego komercyjnie zestawu zgodnie z instrukcją producenta.
- Aby zmierzyć liczbę świeżo oczyszczonych limfocytów T CD4+, zmieszać 5 µL zawiesiny komórkowej z równą objętością roztworu błękitu trypanu. Nanieść mieszaninę komórek z błękitem trypanu na komorę countingową (hemocytometr) i policzyć żywe komórki w 5 polach komory.
- Obliczyć średnią liczbę komórek i wyznaczyć liczbę komórek w oryginalnej zawiesinie: liczba komórek/1 mL = średnia liczba x 2 x 104. Jeśli całkowita liczba wyizolowanych komórek jest zbyt mała, użyć komórek bez ich przeliczania.
- Odwirować komórki przy 300 x g przez 10 min i resuspender je w buforze do testów (20 mM HEPES, pH 7.4, 137 mM NaCl, 2 mM Na2HPO4, 5 mM D-glukozy, 5 mM KCl, 1 mM MgCl2, 2 mM CaCl2 oraz 1% albuminy surowicy ludzkiej) w zagęszczeniu 105 komórek/50 µL lub mniejszym i przechowywać komórki w temperaturze 4 °C (przez 1–2 h) do momentu rozpoczęcia eksperymentów.
- Utylizować wszystkie odpady biologiczne zgodnie z obowiązującymi wytycznymi instytucjonalnymi.
- Jeśli wymagana jest populacja kontrolna, przygotować aktywowane limfocyty T CD8 z PBMC krwi pępowinowej: umieścić 107 komórek w 5 mL medium kompletnego w kolbie hodowlanej T25, a następnie dodać mieszaninę przeciwciał anty-CD3 i anty-CD28 w stężeniach odpowiednio 10 µg/mL i 1 µg/mL.
- Następnego dnia usunąć aktywowane komórki krwi pępowinowej z kolby, przemyć je raz świeżym medium kompletnym i namnażać komórki w obecności rekombinowanej IL-2 (100 U/mL) przez 2 tygodnie.
- Oczyścić limfocyty T CD8+ krwi pępowinowej poprzez negatywną selekcję immunomagnetyczną przy użyciu dostępnego komercyjnie zestawu zgodnie z instrukcją producenta. Policzyć komórki i wymienić medium na bufor do testów, postępując zgodnie z opisem w krokach 1.3–1.6 dla limfocytów T CD8+ z LN i PB.
2. Komponenty do przygotowania płaskich dwuwarstw lipidowych
- Przygotować 3 rodzaje liposomów zgodnie z opisem zamieszczonym w innej publikacji5(a) 0,4 mM DOPC (1,2-dioleoylo-sn(b) liposomy 0,4 mM DOPC zawierające 33 mol% DOGS-NTA (1,2-dioleojo-snlipidy (sól amonowa kwasu 1,2-dioleojlo-sn-glicero-3-[(N-(5-amino-1-karboksypentyl)iminodiooctowej)sukcynylo]), (c) liposomy DOPC 0,4 mM zawierające 4 mol% Biotinyl-Cap-PE (1,2-dioleojlo-sn-glycero-3-fosfoetanolamina-N-(cap biotynil) (sól sodowa)).
- Przygotować 5% roztwór kazeiny zgodnie z wcześniejszym opisem5.
- Rozpuścić 5 g kazeiny w proszku w 100 ml wody ultraczystej i dodać 350 µL 10 M wodorotlenku sodu. Całość mieszać na standardowym mieszadle magnetycznym z małą prędkością (zgodnie z dostępną skalą) w temperaturze pokojowej przez 2 h, a następnie przez noc w 4 °CDostosuj pH do wartości 7,3 i poddaj roztwór ultrawirowaniu przez 2 h przy 100 000 x g przy 4 °CPrzefiltruj nadsącz za pomocą 0.22 µm przefiltrować sterylnie i przechowywać roztwór w aliquotach w temperaturze -80 °C.
OSTRZEŻENIE: Roztwór wodorotlenku sodu może powodować oparzenia chemiczne i może doprowadzić do trwałej ślepoty w przypadku kontaktu z oczami. Podczas pracy z tą substkcją chemiczną lub jej roztworami należy stosować rękawice gumowe, odzież ochronną oraz ochronę oczu.
- Oznakuj przeciwciało anty-CD3 biotyną w celu otrzymania monobiotynowanych cząsteczek przeciwciał, stosując wcześniej opisany sposób.8.
- Przygotuj roztwór Biotin-PEO4-NHS w dimetylosulforksie (DMSO) o stężeniu 0,1 mg/ml. Dodaj 3.7 µL roztworu Biotin-PEO4-NHS do 1 mg przeciwciała w 0,5 mL soli fizjologicznej buforowanej fosforanem (PBS) zawierającej 100 mM wodorowęglanu sodu.
- Inkubować mieszaninę przez 2 h w temperaturze pokojowej. Przygotować roztwór estru NHS Alexa Fluor 488 w stężeniu 10 mg/mL w DMSO. Dodać roztwór estru NHS Alexa Fluor 488 do przeciwciała znakowanego Biotin-PEO4-NHS w 10-krotnym nadmiarze molowym.
- Inkubować mieszaninę przez 1 h w temperaturze pokojowej, powoli mieszając na standardowym mieszadle magnetycznym. Nie związany barwnik oddzielić za pomocą chromatografii żelowej.
- Wyznacz stężenie przeciwciał poprzez pomiar gęstości optycznej roztworu przeciwciał przy 280 nm (A280). Pomiar gęstości optycznej znakowanych przeciwciał przy 577 nm (A577).
- Wyznacz stosunek barwnika do przeciwciała, korzystając z następującego równania:

UWAGA: Dodatkowe szczegóły znajdują się w protokole producenta.
- Ekspresja rekombinowanego rozpuszczalnego białka ICAM-1 w Muszka owocówka system ekspresyjny opisany wcześniej3,4,9,10.
- Klonować do, z cDNA kodującym domenę ektodomenową ICAM-1, do Muszka owocówka wektor ekspresyjny pMT/V5-His z indukowalnym promotorem metalotioneiny do produkcji białka rekombinowanego z dołączoną sekwencją His6 znacznik na końcu C-terminalnym.
- Przeprowadź kotransfekcję komórek S2 z otrzymanym plazmidem zawierającym ICAM-1 oraz wektorem ekspresyjnym G418. Wyselekcjonuj stabilne transfektanty, stosując pożywkę Schneidera. Muszka owocowa Pożywka uzupełniona 10% płodową surowicą bydlęcą (FCS) oraz G418 w stężeniu 0,5 mg/ml przez 3 tygodnie. Namnażanie komórek w bezsurowiczej pożywce dla owadów i indukcja ekspresji białka za pomocą 0,5 mM CuSO4.4 przez 3 dni.
- Skoncentrować nadsącz z hodowli 10-krotnie i poddać dializie przeciwko PBS poprzez koncentrator do filtracji stycznej, zgodnie z wcześniejszym opisem11.
- Nałóż skoncentrowany nadsącz hodowli na kolumnę zawierającą Sepharose z kowalencyjnie unieruchomionym przeciwciałem monoklonalnym anty-ICAM-1, a następnie eluj związane białko ICAM-1 za pomocą buforu glicynowego 50 mM o pH 3,0. Natychmiast zneutralizuj eluowane białko ICAM-1 buforem Tris 2 M o pH 8,0.
- Przeprowadzić dializę eluatu przeciwko buforowi PBS o pH 8,0, a następnie przenieść zdializowany materiał na kolumnę z agarozą Ni-NTA. Rozpuszczalne ICAM-1 eluować za pomocą 200 mM imidazolu o pH 8,0. Przeprowadzić dializę eluatu przeciwko buforowi PBS o pH 8,0.
- Oznakuj oczyszczone ICAM-1 estrem NHS Cy5 zgodnie z instrukcją producenta.
UWAGA: Najlepszy końcowy stosunek barwnika do białka wynosi 1:1.
- Wytworzenie fragmentów Fab z przeciwciała anty-CD107a poprzez trawienie papainą oraz oczyszczanie fragmentów Fab metodą chromatografii wymiany jonowej zgodnie z wcześniej opisaną procedurą3Oznakuj fragmenty Fab za pomocą estru NHS Alexa Fluor 568 zgodnie z instrukcją producenta.
3. Tworzenie płaskich dwuwarstw lipidowych wspieranych szklaną podstawką
- Przygotuj świeży kwasowy roztwór piranha, mieszając 140 mL stężonego kwasu siarkowego i 60 mL 30% nadtlenku wodoru. Umyj szklane szkiełka zakryjące do płytek przepływowych, mocząc je w kwasowym roztworze piranha przez 30 min. Trzymaj szklane szkiełko zakryjące za pomocą polipropylenowych pęset nożycowych.
OSTRZEŻENIE: Roztwór piranha jest niezwykle silnym utleniaczem. Podczas pracy z roztworem należy zawsze nosić okulary ochronne, gogle lub pełną przyłbicę oraz grube gumowe rękawice. Pracuj z roztworem piranha wyłącznie w dygestorium. Unikaj podgrzewania, transportowania lub wstrząsania roztworem w trakcie użytkowania, ponieważ może on eksplodować. Odpady z roztworu piranha zbieraj do szklanej butelki z otworem zawierającym ołów. Skontaktuj się z Instytucjonalnym Komitetem Bezpieczeństwa w sprawie właściwej utylizacji odpadów.
- Wypłucz umyte szkiełka zakryjące 7x wodą ultrapure, przenosząc je sekwencyjnie do zlewków zawierających świeżą wodę. Odstaw mokre szkiełka zakryjące, aby pozostała woda spłynęła z czystego szkła, pozostawiając je suche.
- Alternatywnie można użyć końcówki pipety podłączonej do pompy próżniowej, aby ostrożnie usunąć pozostałe krople wody ze szkiełek zakryjących.
- W komorze sterylnej wykonaj rozcieńczenia różnych lipidów, aby przygotować mieszaninę liposomów do tworzenia dwuwarstw. Po pierwsze, połącz 37 µL liposomów DOPC i 3 µL liposomów Biotinyl-Cap-PE. Po drugie, zmieszaj 14 µL liposomów DOPC i 15 µL liposomów DOGS-NTA. Po trzecie, dodaj 1 µL pierwszej mieszaniny do 29 µL drugiej mieszaniny, aby otrzymać końcową mieszaninę liposomów.
- W komorze sterylnej przygotuj stanowisko pracy z suchymi szkiełkami zakrywającymi w zasięgu ręki. Nanieś dokładnie 2 µL końcowej mieszaniny liposomów (patrz krok 3.3) precyzyjnie na środek samoprzylepnego kanału płytki. Natychmiast i bardzo precyzyjnie wyrównaj czyste i suche szkiełko zakryjące z płytką i delikatnie opuść je na lepką stronę płytki.
- W przypadku przygotowywania więcej niż jednej płytki, pracuj nad jedną płytką na raz, ponieważ mieszanina liposomów szybko odparowuje. Odwróć płytkę i użyj zewnętrznego pierścienia polipropylenowej pęsety nożycowej, aby wywrzeć delikatny nacisk na obwodowy styk szkiełka zakrywającego z płytką, upewniając się, że szkiełko jest ściśle przylega do płytki, aby zapobiec wyciekom.
UWAGA: Nie naciskaj kanałów płytki, aby uniknąć pęknięcia lub uszkodzenia szkiełka zakrywającego.
- Ponownie odwróć płytkę i zaznacz pozycję utworzonej dwuwarstwy, która wygląda jak kropla między szkiełkiem zakrywającym a płytką kanałową, rysując 4 kropki markerem permanentnym wokół dwuwarstwy na zewnętrznej stronie płytki.
- Przed pierwszym wstrzyknięciem cieczy do kanału wyznacz jeden port kanału jako port wlotowy, a drugi jako port wylotowy i zachowaj to oznaczenie przez cały eksperyment.
- Aby uniknąć powstawania pęcherzyków powietrza, wprowadź końcówkę pipety bezpośrednio do portu wlotowego kanału. Powoli wypełnij kanały płytki 50 µL ciepłego (co najmniej w temperaturze pokojowej) buforu do analizy (skład buforu opisano w kroku 1.5).
- Przygotuj 0,5 M roztwór chlorku niklu(II). Rozmroź 2 mL alikwot roztworu kazeiny w łaźni wodnej w temperaturze 37 °C przez 30 min i uzupełnij go roztworem chlorku niklu do końcowego stężenia 200 µM.
- Przepłucz dwuwarstwy, wstrzykując najpierw 100 µL roztworu kazeiny do portu wlotowego kanału, a następnie natychmiast usuwając 100 µL z portu wylotowego na płytce za pomocą pipety. Zablokuj dwuwarstwy tym samym roztworem, wstrzykując 100 µL roztworu kazeiny do portu wlotowego każdego kanału i inkubując płytkę przez 45 min w temperaturze pokojowej.
- Rozmroź alikwoty białek Cy5-ICAM-1-His6 i streptawidyny. Połącz białka w buforze do analizy do końcowego stężenia 2 µg/mL każdego z nich. Wirować roztwór przez 30 min przy 20 000 x g i 4 °C, aby usunąć wszelkie agregaty.
- Usuń pozostałą część roztworu blokującego z portu wylotowego kanału płytki za pomocą pipety. Wstrzyknij 100 µL roztworu zawierającego ICAM-1 i streptawidynę do portu wlotowego.
- Inkubuj płytkę przez 45 min w temperaturze pokojowej. Usuń nadmiar roztworu białka z portu wylotowego. Przepłucz dwuwarstwę 2x, wstrzykując najpierw 100 µL buforu do analizy do portu wlotowego kanału, a następnie natychmiast usuwając 100 µL z portu wylotowego.
- Rozcieńcz przeciwciało anty-CD3 znakowane Alexa-Fluor-488 w buforze do analizy do końcowego stężenia 2 µg/mL. Wstrzyknij 100 µL roztworu przeciwciał do portu wlotowego płytki i inkubuj przez 45 min w temperaturze pokojowej. Usuń nadmiar roztworu białka z portu wylotowego. Przepłucz dwuwarstwę 2x 100 µL buforu do analizy, analogicznie do kroku 3.11.
4. Obrazowanie interakcji limfocytów T z płaską dwuwarstwą
- Podgrzać stolik oraz obiektyw mikroskopu konfokalnego lub mikroskopu fluorescencyjnego z całkowitym wewnętrznym odbiciem (TIRF) do momentu ustabilizowania temperatury na poziomie 37 °C. Umieścić preparat z dwuwarstwami na podgrzewanym stoliku. Przesunąć stolik w odpowiednią pozycję zgodnie z oznaczeniami i ustawić ostrość na dwuwarstwie, wykorzystując fluorescencję cząsteczek ICAM-1 znakowanych Cy.
- W mikroskopie konfokalnym użyć obiektywu 61X, a w mikroskopie TIRF obiektywu 100X, przy odpowiednich ustawieniach filtrów.
- W przypadku obrazowania uwalniania ziarnistości za pomocą mikroskopii TIRF, do zawiesiny komórkowej przed wstrzyknięciem komórek do portów wlotowych dodać fragmenty Fab przeciwciał anty-CD107a znakowane Alexa-Fluor-568 do końcowego stężenia 4 µg/mL.
- Resuspendować przygotowane limfocyty T CD4+ wyizolowane z węzłów chłonnych (LN), krwi obwodowej (PB) lub krwi pępowinowej i wstrzyknąć 50 µL zawiesiny komórkowej do portu wlotowego kanału preparatu zawierającego dwuwarstwę.
- Wybrać żądaną liczbę pól i rejestrować obrazy każdego z nich raz co 2 min przez 30 min po wstrzyknięciu.
- Do pozyskania obrazów wykorzystać kanały pola jasnego, światła odbitego oraz fluorescencyjne (Alexa 488 i Cy5) mikroskopu konfokalnego. W mikroskopie TIRF użyć trybu TIRF dla fluorescencji Alexa-Fluor-488 i Alexa-Fluor-568 oraz trybu szerokopolowego (widefield) dla fluorescencji Cy5, a także do obrazowania w polu jasnym.
5. Analiza obrazu
- Przeanalizuj uzyskane obrazy przy użyciu odpowiedniego oprogramowania. Zaobserwuj morfologię komórek na obrazach w świetle przechodzącym i wyklucz z analizy komórki skupione oraz widocznie uszkodzone lub apoptotyczne. Uwzględnij w analizie wyłącznie te komórki, które wchodzą w produktywną interakcję z powierzchnią dwuwarstwy (t. j., komórki kumulujące fluorescencję Alexa-Fluor-488 (przeciwciała anty-CD3) na styku).
- Wyznaczyć wielkość obszaru adhezji komórkowej w 20. minucie po rozpoczęciu interakcji komórki z dwuwarstwą lipidową.
UWAGA: Obszar adhezji to ciemny obszar powstający na styku komórki i dwuwarstwy na obrazach z mikroskopii odbiciowej interferencyjnej (IRM).
- Należy obserwować wszelkie gromadzenie się fluorescencji Cy5-ICAM-1 oraz formowanie się połączenia pierścieniowego przez segregowane cząsteczki Cy-ICAM-1 na styku komórka-dwuwarstwa. Jeśli zgromadzone cząsteczki ICAM-1 utworzyły pierścieniowe połączenie adhezyjne na co najmniej dwóch kolejnych obrazach, takie komórki należy oznaczyć jako komórki tworzące obwodowy supramolekularny klaster aktywacyjny (pSMAC).12.
- Oceń uwalnianie ziarnistości, mierząc intensywność fluorescencji Alexa-Fluor-568 na styku limfocyty T i dwuwarstwy w stosunku do fluorescencji tła poza obszarem kontaktu w bezpośrednim sąsiedztwie komórki. Komórki o stosunku sygnału Alexa-Fluor-568 do tła wynoszącym co najmniej 1,3 określ jako komórki ulegające degranulacji.