RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Ten protokół krok po kroku zawiera szczegółowy opis konfiguracji eksperymentu i analizy danych do oceny reakcji zapalnych w hiPSC-EC oraz analizy adhezji leukocytów w przepływie fizjologicznym.
Komórki śródbłonka (EC) są niezbędne do regulacji reakcji zapalnych poprzez ograniczanie lub ułatwianie rekrutacji leukocytów do dotkniętych tkanek poprzez dobrze scharakteryzowaną kaskadę receptorów proadhezyjnych, które są regulowane w górę na powierzchni komórek leukocytów po wyzwalaczu zapalnym. Reakcje zapalne różnią się między osobnikami w populacji, a podłoże genetyczne może przyczyniać się do tych różnic. Wykazano, że ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (hiPSC) są wiarygodnym źródłem EC (hiPSC-EC), stanowiąc tym samym nieograniczone źródło komórek, które rejestrują tożsamość genetyczną i wszelkie warianty genetyczne lub mutacje dawcy. hiPSC-EC mogą być zatem wykorzystywane do modelowania reakcji zapalnych w komórkach specyficznych dla dawcy. Reakcje zapalne można modelować, określając adhezję leukocytów do hiPSC-EC pod wpływem przepływu fizjologicznego. Ten protokół krok po kroku zawiera szczegółowy opis konfiguracji eksperymentalnej i analizy danych w celu oceny odpowiedzi zapalnych w hiPSC-EC oraz analizy adhezji leukocytów w przepływie fizjologicznym.
Stan zapalny odgrywa kluczową rolę w wielu stanach patologicznych, w tym w zaburzeniach sercowo-naczyniowych i neurodegeneracyjnych, sepsie i niepożądanych reakcjach na leki (ADR). Komórki śródbłonka (EC) odgrywają istotną rolę w regulacji reakcji zapalnych poprzez indukcję receptorów proadhezyjnych, takich jak E-selektyna, międzykomórkowa cząsteczka adhezyjna-1 (ICAM-1) i cząsteczka adhezyjna komórek naczyniowych-1 (VCAM-1) na ich powierzchni1,2. Wiadomo, że mikronaczyniowe EC w różnych tkankach wykazują niejednorodność w reakcjach zapalnych3,4. Ponadto podłoże genetyczne lub pewne choroby genetyczne mogą powodować różnice w reakcjach zapalnych między osobami; Dlatego ważne jest, aby mieć dostęp do EC od różnych osób. Niedawno wykazano, że ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (hiPSCs)5, które mogą pochodzić od praktycznie każdej osoby, służą jako niezawodne i odnawialne źródło ECs6,7,8,9. W związku z tym ocena odpowiedzi zapalnych i rekrutacji leukocytów w hiPSC-EC jest cenna nie tylko dla modelowania niektórych zaburzeń genetycznych, ale także dla dostarczenia wskazówek dotyczących zmienności międzyosobniczej i wykorzystania jako narzędzie medycyny spersonalizowanej w przyszłości.
Testy przepływu dostarczają użytecznego narzędzia do badania interakcji śródbłonka-leukocytów. Postępy w dziedzinie urządzeń mikroprzepływowych umożliwiają odtwarzanie fizjologicznych warunków przepływu płynów z precyzyjną kontrolą poziomów naprężeń ścinających specyficznych dla łożyska naczyniowego. Obrazowanie na żywo umożliwia monitorowanie kaskady zdarzeń wychwytywania, toczenia, pełzania, adhezji i transmigracji leukocytów. Opracowano kilka testów przepływu w celu zbadania interakcji śródbłonek-leukocyty, jednak wszystkie wykorzystują podstawowe ECs10,11,12,13. W tym miejscu szczegółowo opiszemy test do oceny adhezji ludzkich leukocytów do hiPSC-EC w przepływie fizjologicznym. W tej procedurze opisano zoptymalizowane warunki stymulacji hiPSC-EC bodźcami prozapalnymi, takimi jak czynnik martwicy nowotworu alfa (TNFα), dysocjacja, zasiew do chipa mikroprzepływowego z ośmioma równoległymi kanałami. Opisujemy krok po kroku protokół perfuzji hiPSC-EC z zawieszeniem leukocytów znakowanych fluorescencyjnie w chipach mikroprzepływowych, obrazowaniem żywych komórek i automatycznym zliczaniem przylegających leukocytów.
Ten protokół jest przydatny do oceny reakcji zapalnych w hiPSC-EC w badaniach przesiewowych leków, modelowaniu chorób i spersonalizowanej medycynie regeneracyjnej.
1. Przygotowanie roztworów i odczynników
2. Powlekanie chipów mikroprzepływowych
3. Przygotowanie hiPSC-EC
UWAGA: W opisanym tutaj protokole, hiPSC-EC zostały zróżnicowane, oczyszczone, kriokonserwowane i rozmrożone, jak opisano wcześniej8.
4. Dysocjacja hiPSC-EC i zasiewanie do mikroprzepływowego chipa
5. Przygotowanie ludzkich leukocytów
UWAGA: W opisanym tutaj protokole użyto dostępnej na rynku linii komórek monocytowych (THP-1). Alternatywnie można użyć komórek jednojądrzastych krwi obwodowej lub neutrofili. Izolację monocytów krwi obwodowej i neutrofili można przeprowadzić przy użyciu standardowej procedury11. Wykonaj wszystkie czynności opisane w tym paragrafie w kapturze do hodowli komórkowych.
6. Przygotowanie pompy mikroprzepływowej
7. Przygotowanie chipa mikroprzepływowego do obrazowania na żywo
8. Test przyczepności przepływowej i akwizycja obrazu
9. Zakończenie testu i czyszczenie pompy mikroprzepływowej
10. Liczenie przylegających leukocytów
Po pierwsze, należy zbadać reakcję hiPSC-EC na stymulację środkiem prozapalnym TNFα, jak opisano wcześniej7. Leczenie TNFα przez 12 godzin wyzwala regulację w górę selektyny E, ze szczytem po 6 godzinach od rozpoczęcia leczenia. Dodatkowo ICAM-1 jest regulowany w górę 6 - 12 godzin po zabiegu. Chociaż nie zaobserwowaliśmy oczekiwanej regulacji w górę VCAM-1, jest ona zwykle obserwowana w pierwotnych ludzkich komórkach śródbłonka żyły pępowinowej (HUVEC). Stwierdziliśmy, że leczenie TNFα przez noc (12 godzin) jest najwygodniejsze w teście adhezji leukocytów.
Optymalna dysocjacja hiPSC-EC powinna doprowadzić do powstania zawiesiny pojedynczej komórki wolnej od grudek komórkowych. Rysunek 2C ilustruje optymalną gęstość hiPSC-EC zaraz po wstrzyknięciu. Zazwyczaj, 15 minut po wstrzyknięciu, hiPSC-EC przyczepiają się do dna kanału i zaczynają się rozprzestrzeniać (Rysunek 2D). 1 godzinę po wstrzyknięciu, hiPSC-EC tworzą dobrze rozłożoną monowarstwę wzdłuż kanału i będą gotowe do rozpoczęcia testu przepływu (Rysunek 2E).
Znakowanie leukocytów znacznikiem fluorescencyjnym jest korzystne dla obrazów kontrastu fazowego w automatycznej kwantyfikacji obrazu, ponieważ ułatwia identyfikację komórek, zwłaszcza że leukocyty przylegają do monowarstwy EC i często oprogramowanie ma trudności z rozróżnieniem różnych typów komórek.
Darmowe oprogramowanie do przetwarzania obrazów o otwartym kodzie źródłowym jest bardzo przydatne do automatycznego oznaczania ilościowego przylegających leukocytów. Potok opisany w niniejszym protokole opiera się na identyfikacji obiektów pierwotnych przy użyciu adaptacyjnego progowania obrazów fluorescencyjnych leukocytów (Rysunek 4A). Filtrowanie zidentyfikowanych obiektów na podstawie minimalnego obszaru dodatkowo odfiltrowuje fałszywie zidentyfikowane obiekty, takie jak szczątki komórek, autofluorescencja lub jakikolwiek inny niespecyficzny sygnał fluorescencyjny (Rysunek 4C, D).
Jeden mikroprzepływowy chip z ośmioma równoległymi kanałami pozwala na porównanie dwóch niezależnych grup, na przykład EC różniących się od niezależnych hiPSC, takich jak zdrowi dawcy lub pacjenci z zaburzeniami genetycznymi. Można również uwzględnić dodatkowe kontrole, takie jak nieleczone EC lub wstępne leczenie przeciwciałem blokującym ICAM-110,11. Jednorazowo można przetwarzać od dwóch do trzech chipów mikroprzepływowych. W celu zapewnienia wiarygodności wniosków zaleca się przeprowadzenie co najmniej trzech niezależnych eksperymentów biologicznych w niezależnych dniach.

Rysunek 1: Przygotowanie hiPSC-EC i leukocytów do testu przepływowego. (A) Wstępne leczenie hiPSC-EC bodźcem prozapalnym (TNFα). (B) Schematyczne przedstawienie dysocjacji, wirowania i ponownego zawieszania hiPSC-EC. (C) Schematyczne przedstawienie powlekania kanałów (C, po lewej), wstrzykiwania zawiesiny hiPSC-EC (C, środek) i dodawania pożywki do hodowli komórkowych po przyłączeniu hiPSC-EC do chipa mikroprzepływowego. (D) Schematyczne przedstawienie etapu płukania leukocytów, znakowania barwnikiem fluorescencyjnym DiOC6 i ponownego zawieszenia. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Mikroprzepływowy chip z hiPSC-ECs. (A) Chip mikroprzepływowy na 10 cm szalce Petriego. (B) Wilgotna komora używana do inkubacji. (C, D, E) Reprezentatywne obrazy hiPSC-EC w kanale mikroprzepływowym 0 min (C), 15 min (D), 1 h (E) po wstrzyknięciu. Podziałka = 200 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Eksperymentalna konfiguracja obrazowania żywych komórek i testu perfuzji leukocytów.(A, B) Zdjęcie (A) i schematyczne przedstawienie (B) układu doświadczalnego obrazowania żywych komórek i testu przepływu: (1) - odwrócony mikroskop fluorescencyjny z zamontowaną komorą do obrazowania na żywo (5% CO2, 37 °C, nawilżany), (2) - pompa mikroprzepływowa, (3) - kolektor 8-kanałowy, (4) - komputer do sterowania mikroskopem i akwizycji obrazu, (5) - komputer do sterowania pompą mikroprzepływową. (C) Chip mikroprzepływowy z włożoną rurką kolektora 8-kanałowego zamocowaną w uchwycie płytki i zamontowaną w zmotoryzowanym stopniu mikroskopu. (D) Schematyczne przedstawienie głównych etapów testu przepływu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Analiza obrazu i automatyczne wykrywanie przylegających leukocytów.(A) Okno dialogowe oprogramowania do przetwarzania obrazu z określonymi ustawieniami identyfikacji leukocytów. (B) Okno dialogowe oprogramowania do przetwarzania obrazu z określonymi kryteriami filtrowania zidentyfikowanych obiektów na podstawie minimalnie przyjętej powierzchni (SAmin = 70 px). (C) Przykład poprawnej identyfikacji leukocytów i filtrowania niespecyficznych obiektów o małej powierzchni (SA) (typowa średnica w pikselach (Min, Max) = (9, 15); Kryteria filtrowania SAmin = 70 px). Zaakceptowane obiekty są oznaczone kolorem zielonym, a odrzucone obiekty są oznaczone kolorem fioletowym. (D) Przykład nieprawidłowej identyfikacji leukocytów ze względu na nieprawidłowy zakres typowej średnicy (Typowa średnica w pikselach (Min, Max) = (3, 15); Kryteria filtrowania SAmin = 70 px). Zaakceptowane obiekty są oznaczone kolorem zielonym, a odrzucone obiekty są oznaczone kolorem fioletowym. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ten protokół krok po kroku zawiera szczegółowy opis konfiguracji eksperymentu i analizy danych do oceny reakcji zapalnych w hiPSC-EC oraz analizy adhezji leukocytów w przepływie fizjologicznym.
Autorzy pragną podziękować następującym grantom: Europejska Rada ds. Badań Naukowych (ERCAdG 323182 STEMCARDIOVASC); Netherlands Organ-on-Chip Initiative, projekt NWO Gravitation finansowany przez Ministerstwo Edukacji, Kultury i Nauki rządu Holandii (024.003.001).
| Vena8 Endothelial+ biochip | Cellix Ltd | V8EP-800-120-02P10 | |
| Mirus Evo Nanopump | Cellix Ltd | MIRUS-EVO-PUMP | 1 x pompa strzykawkowa; 1 x oprogramowanie do testów VenaFluxAssay; 1 x zestaw przewodów; Zasilacz i . |
| 8-kanałowa płyta wielokanałowa MultiFlow8 | Cellix Ltd | MIRUS-MULTIFLOW8 | |
| Skrzynka nawilżana | Cellix Ltd | HUMID-BOX | |
| System obrazowania fluorescencyjnego Leica AF6000 | Leica Microsystems | Aparat fotograficzny ze sprzężeniem ładunku zwielokrotniającego elektrony||
| Hamamatsu | C9100 | ||
| Szafa bezpieczeństwa biologicznego/okap z przepływem laminarnym | Cleanair | ||
| CO2 inkubator kultur komórkowych | Panasonic | MCO-170AICUV | |
| Wirówka | Hitachi | himac-CT6EL | |
| Ręczny pipetownik (P-10 (10 mL), P-200 (200 µ L), P-1000 (1,000 &mikro; L) | Gilson międzynarodowy | 4807 (10&mikro; L), 4810 (200&mikro; L), 4809 (1000&mikro; l) | |
| Sterylna pipeta plastikowa | Greiner Bio-One | 606180 (5 ml), 607180 (10 ml) | |
| szalka Petriego | VWR/ Duran Group | 391-0860 | |
| Kolby hodowlane (75 cm2) | CELLSTAR | 658,170 | |
| Probówka wirówkowa (15 mL) | CELLSTAR | 188271 | |
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Uwagi |
| Żelatyna ze skóry wieprzowej, typ A | Sigma-Aldrich | G1890 | |
| Fibronektyna (osocze bydlęce) | Sigma-Aldrich | F1141 | |
| DPBS, bez wapnia, bez magnezu | Life Technologies | 14190-169 | |
| Ludzki śródbłonek-SFM | Życie Technologie | 11111-044 | |
| Ludzki VEGF 165 IS, klasa premium | Miltenyi Biotec | 130-109-386 | |
| Ludzki FGF-2, premium klasa | Miltenyi Biotec | 130-093-842 | |
| Surowica uboga w płytki krwi, bydlęca | Technologie biomedyczne | BT-214 | |
| Rekombinowany ludzki TNF-α | Tebu-bio | 300-01A-A | |
| TrypLE Select | Life Technologies | 12563029 | |
| DiOC6(3) | Sigma-Aldrich | 318426 | |
| RPMI 1640 | Medium Life Technologies | 21875-034 | |
| 2-merkaptoetanol (50 mM) | Life Technologies | 31350010 | |
| FBS | Life Technologies | 10270-106 | |
| L-glutamina | Life Technologies | 25030-024 | |
| Penicylina-Streptomycyna (5,000 U/mL) | Life Technologies | 15070-063 | |
| Woda destylowana | Life Technologies | 15230-089 | |
| Absolut etanolu | Merck | 1.00983.2500 | |
| VCAM-1 | R& Systemy D | FAB5649P | |
| E-Selectin | R& Systemy D | BBA21 | |
| ICAM-1 | R& D systems | BBA20 | |
| Nazwa | Company | Wersja oprogramowania | Komentarze |
| Cellrofiler | CellProfiler | 2.1.1 | |
| VenaFluxAssay Software | Cellix Ltd | 2.3.a |