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Seleção de Plasmodium falciparum Parasitas para Cytoadhesion para células do cérebro humano endotelial

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DOI:

10.3791/3122

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3 de janeiro de 2012

 , 
1Centre for Immunity, Infection and Evolution, University of Edinburgh

Neste artigo

Resumo

Um In vitro Modelo para o seqüestro de malária cerebral é descrita 1. Plasmodium falciparum Glóbulos vermelhos infectados são selecionados para a ligação com células cerebrais humanas imortalizadas microvascular endoteliais. Os parasitas selecionados mostram um fenótipo distinto. O processo de seleção pode ser aplicado usando diversos P. falciparum Cepas e linhagens de células endoteliais.

Resumo

A maioria das mortes por malária humana é causada por parasitas do sangue estágio Plasmodium falciparum. Malária cerebral, a complicação mais risco de vida da doença, é caracterizada por um acúmulo de Plasmodium falciparum glóbulos vermelhos infectados (iRBC) na fase trofozoíto pigmentada na microvasculatura do cérebro 2-4. Esta obstrução microvascular (seqüestro) leva à hipóxia, acidose e prejudiciais citocinas inflamatórias (revisto em 5). Seqüestro também é encontrado na maioria dos tecidos microvascular do corpo humano 2, 3. O mecanismo pelo qual iRBC anexar às paredes dos vasos sanguíneos é ainda mal compreendida.

O imortalizado Human Brain microvascular linhagem de células endoteliais (HBEC-5i) tem sido usado como um modelo in vitro da barreira hemato-encefálica 6. No entanto, o Plasmodium falciparum iRBC anexar apenas mal ao HBEC-5i in vitro, ao contrário do sequestrat densaion que ocorre em casos de malária cerebral. Por isso, desenvolveu um ensaio panning para selecionar (enriquecer) p. vários cepas falciparum para adesão ao HBEC-5i, a fim de obter populações de alto-binding parasitas, mais representativa do que ocorre in vivo.

Uma amostra de uma cultura parasita (mistura de RBC iRBC e não infectadas) na fase de trofozoíto pigmentada é lavado e incubado em uma camada de HBEC-5i cultivados em uma placa de Petri. Após a incubação, o prato é cuidadosamente lavado e livre de uRBC iRBC desacoplado. URBC fresco são adicionadas ao iRBC alguns anexados a HBEC-5i e incubadas durante a noite. Como parasitas estágio esquizonte estourar, merozoítos reinvade RBC e estes parasitas estágio anel são colhidas no dia seguinte. Parasitas são cultivadas até material suficiente é obtida (geralmente 2 a 4 semanas) e uma nova rodada de seleção pode ser realizada. Dependendo do P. falciparum tensão, 4-7 rodadas de seleção são necessários a fim de obter uma populaçãoonde a maioria dos parasitas se ligam a HBEC-5i. O fenótipo de ligação é progressivamente perdida depois de algumas semanas, indicando uma mudança na expressão do gene variante antígeno de superfície, assim, a seleção regulares sobre HBEC-5i é necessária para manter o fenótipo.

Em resumo, nós desenvolvemos um ensaio de renderização seleção P. parasitas falciparum uma forma mais "cerebral da malária adesivo" fenótipo. Fomos capazes de selecionar 3 de 4 p. cepas falciparum em HBEC-5i. Este ensaio também tem sido usados ​​com sucesso para selecionar os parasitas para a ligação com humanos dérmica e pulmonar de células endoteliais. Importante, este método pode ser usado para selecionar populações de tecidos específicos do parasita, a fim de identificar ligantes do parasita candidato para a ligação ao endotélio cerebral. Além disso, este ensaio pode ser utilizado para triagem de suposto seqüestro de anti-drogas 7.

Protocolo

Recomendações gerais

Cérebro humano microvascular cultura de células endoteliais (HBEC-5i) tem sido descrito anteriormente em 6, 8. P. parasitas falciparum foram cultivadas como no 9. Ambos HBEC-5i e P. culturas falciparum parasita devem ser mantidos em condições estéreis em todos os momentos. Todos os reagentes devem ser pré-aquecido a 37 ° C. Recomendamos que verifique regularmente se há contaminação por micoplasma 10 por PCR (Minevera Biolabs, as instruções do fabricante do seguinte). O protocolo está resumida na Figura 1.

1. Cultura de rotina da célula endotelial

  1. Prepare os reagentes necessários.
Médio para se preparar Reagentes Quantidade
"DMEM incompleto" DMEM-F12 Ham 500ml
  L-glutamina 200mM 5ml
Penicilina estreptomicina / 100X 5 ml
NaOH 1M 1,3 ml (ajustar o pH a 7.4)
"DMEM completo" "DMEM incompleto" 450ml
Fetal bovino soro inativado pelo calor 50ml
Suplemento de crescimento da célula endotelial 5 ml

  1. Cultura HBEC-5i num frasco de 25 centímetros 2 perfurada com 10ml meio DMEM completo em um 37 ° C incubadora com 5% de CO 2.
  2. Células passagem quando eles se tornam confluentes. Remover o meio de idade por sucção e lavar duas vezes com DMEM incompleta ou cultura de tecidos grau PBS (Ca 2 + e Mg 2 + livre) pré-aquecido a 37 ° C.
  3. Adicionar 1 ml de pré-aquecido Tentepsin-EDTA (0,025% Tripsina, 0,5 mM EDTA), agite para cobrir a totalidade do frasco e incubar por ~ 2 min a 37 ° C.
  4. Seleção em microscópio invertido que pelo menos 90% das células foram destacados. Se necessário, delicadamente bater o fundo do frasco para retirar células aderentes. Adicionar 10 ml de meio completo DMEM para impedir as células de tripsina e transferir para um tubo cônico 15ml. Centrifugar por 4 min a 300 g à temperatura ambiente (RT).
  5. Desprezar o sobrenadante e ressuspender o pellet com 10 ml de meio completo DMEM. Pipeta a solução cima e para baixo completamente ressuspender as células.
  6. Adicionar 1 ou 2 ml da suspensão de células para um balão nova cultura e adicione 8ml de meio fresco para manter a cultura. Avaliar o crescimento da cultura todos os dias sob um microscópio invertido e mudança de médio a cada 2 ou 3 dias antes que ele fica amarelo.

2. Preparar células endoteliais para uma seleção

  1. Dois dias antes do dia da seleção e n, adicione fibronectina diluído em PBS estéril (2 mg / cm 2) em um (ou mais) 60 mm placa de Petri. Incubar o prato por 5 a 20 min a 37 ° C, em seguida, remova a solução fibronectina, que pode ser armazenado a 4 ° C por um mês e re-utilizado uma vez.
  2. Células passagem como descrito nas seções 1.3. para 1,5. Assumindo 100% de células confluentes foram destacados e ressuspenso em 10ml meio DMEM completo (seção 1.6., Ressuspender com um volume equivalente de médio se a confluência é menor, por exemplo, ressuspender com 8ml se a confluência foi de 80%), adicionar 1,5 ml da suspensão células à placa de Petri revestidas fibronectina e outro de 1,5 ml de meio completo DMEM.
  3. Coloque a placa de Petri semeadas na incubadora. Nota: Idealmente, a confluência será em torno de 90% no momento da seleção dois dias depois.
  4. Opcional. Para ativar HBEC-5i, adicione o TNF de citocina (fator de necrose tumoral) em uma concentração final de 50μg/ml 24 horas antes da seleção.
e_title "> 3. Plasmodium falciparum cultura de rotina
  1. Prepare os reagentes necessários (veja a tabela aqui abaixo). Prepare células vermelhas do sangue (RBC), separando sangue total (grupo O +) pela passagem através de um filtro de remoção de leucócitos (ver "Métodos de Pesquisa em Malária" publicação 11 para cultura geral parasitas da malária). Lavar RBC duas vezes por centrifugação a 400 g por 5 min e ressuspensão com 10 ml RPMI incompleta. Mantenha RBC lavado a 4 ° C em meio incompleta em hematócrito de 50%.
Médio para se preparar Reagentes Quantidade
"RPMI incompleto" RPMI 1640 (com bicarbonato) 500ml
Hepes 1M 12.5ml
Glicose a 20% 5ml
5ml
Gentamicina 50mg/ml 250μl
NaOH 1M 0,7 ml (ajustar o pH a 7.2)
"RPMI completo" "RPMI incompleto" 450ml
Agrupados humano (não imunes) de soro 50ml
L-glutamina 200mM
  1. Cultura P. falciparum infectados RBC com meio completo RPMI a 37 ° C com 3% de CO 2, 1% O 2, e 96% N 2. hematócrito em 2% e incubar Faça Giemsa esfregaço 11 diárias para avaliar o estágio de desenvolvimento de parasitas (Figura 2).
  2. Regularmente (aproximadamente uma vez por semana) sincronizar cultura por tratamento sorbitol 12. O dia antes do ensaio da selecção, objectivo para uma cultura anel de estágio na parasitemia 5% ou mais (de preferência pelo menos 10%).

4. Seleção de P. falciparum para cytoadhesion às células endoteliais

  1. No dia do ensaio, a cultura deve ser parasita na fase trofozoíto pigmentados (Figura 2) (idealmente parasitemia 10%), enquanto HBEC-5i cultura deve ser de 50 a 100% confluência (idealmente 90%). Volume celular 30μl repleta de cultura parasita é necessário por HBEC-5i placa de Petri.
  2. Lavar parasitas duas vezes por centrifugação (500 g por 5 min) 1,5 ml da cultura parasita. Elimine o sobrenadante e ressuspender com 10ml de preparados na hora, aquecido meio DMEM, incompleta. Repita a lavagem pela segunda vez. Ressuspender o volume celular 30μl embalado com 1,5 ml de DMEM incompleta com BSA 1%.
  3. Lave o HBEC-5i placa de Petri revestidas por duas vezes aspiração médio e adicionando 3 ml de DMEM incompleta.
  4. Adicionar a solução de parasitas para o prato HBEC-5i e incubar a 37 ° C por 75min. Ressuspender parasitas duas vezes (aos 30 e 60 min) durante a incubaçãosuavemente balanço o prato nas quatro direções, bem como no sentido horário e anti-horário.
  5. Após a incubação, lavar o prato 5 vezes por meio de aspiração, usando um plástico Pasteur pipeta para adicionar 3 ml de meio DMEM quente incompleta, e de balanço suave. Se muitos pratos estão sendo utilizados, mantê-los em uma superfície quente, como um grande frasco cheio de água a 37 ° C.
  6. Verifique o prato sob um microscópio invertido. Se muitos RBC não infectados ainda são visíveis, não lava mais como descrito acima. Lidar com a placa de Petri com muito cuidado para evitar qualquer risco de contaminação.
  7. Remova o meio do prato e adicionar 3 ml de meio RPMI quente completo com volume celular 40μl repleta de uRBC fresco.
  8. Coloque o prato em uma câmara hermética de incubação, o gás por 3 min e colocar a câmara em uma incubadora a 37 ° C durante a noite.
  9. No dia seguinte, colher os parasitas por lavagem com RPMI médio incompletos, de um modo semelhante ao descrito na seção 4.4. mas de forma mais vigorosa. Keep todos usados ​​médio (contendo ressuspenso RBC) em um tubo de 15ml cônico. Seleção em microscópio invertido que todos RBC foram removidos do prato.
  10. Pellet os parasitas, desprezar o sobrenadante, ressuspender em meio RPMI 5ml completo e coloque a mistura em um frasco de cultura normal.

5. Resultados representante

Parasitas não selecionados mostram um baixo nível de ligação a HBEC-5i (Figura 3A). Assim, após a primeira rodada de seleção, os parasitas poucos serão colhidos e pode demorar até um mês de cultura para chegar a uma parasitemia suficiente para a segunda rodada de seleção. Após cada rodada de seleção, mais parasitas e mais se ligam a células endoteliais e as seleções pode ser repetido em intervalos de tempo mais curto. Após 4-5 rodadas de seleção, as populações de alta ligação parasita são obtidos (Figura 3).

Em nossas mãos, a ligação de HB3-HBEC para HBEC-5i ou ativado HBEC TNF-5i era de simhomólogos de nível (dados não mostrados).

O protocolo descrito aqui foi testado com 4 p. cepas falciparum: HB3, IT/FCR3, 3d7 e DD2 (Tabela 1). Apenas o último não provou ser capaz de se ligar a HBEC-5i, mesmo depois de cinco rodadas de seleção.

HB3 parasitas também foram selecionados para a citoaderência Humanos dérmica e pulmonar células endoteliais microvasculares (HDMEC e HPMEC). Após 4 rodadas de seleção, usando o método descrito aqui, uma população de alto-binding foi obtido em ambos os HDMEC e HPMEC (Figura 4).

Figura 1
Figura 1. Visão geral do processo de seleção.

Figura 2
Estágios figura 2. Desenvolvimento de P. falciparum glóbulos vermelhos infectados. Esfregaço Giemsa visualizados sob microscópio com ampliação de 1000X.

Figura 3
Figura 3. Exemplo típico de parasitas ligação a HBEC-5i. (A) A camada azul é HBEC-5i fixado em glutaraldeído e corados com Giemsa, visualizados sob microscópio com ampliação de 1000X. Fotos foram tiradas após uRBC e iRBC unbound foram lavados. O painel esquerdo mostra um único P. falciparum HB3 (não selecionados) parasita obrigado a HBEC-5i. No painel direito os parasitas HB3-HBEC tinha sido seleccionado para cinco rounds. (B) Os dados representam a média de dois experimentos independentes, cada uma realizada em duplicata. O número de parasitas obrigados por célula endotelial foi contado.

Tabela 1
Tabela 1. Resumo das cepas de Plasmodium falciparum que foram selecionados com sucesso para a ligação com HBEC Nota-5i. HB3 que também foi selecionado no TNF-activated HBCE-5i. Após 5 rodadas de seleção, a tensão DD2 não mostrou aumento na ligação para HBEC-5i comparação com unselected-DD2.

Figura 4
Figura 4. Ligação do P. falciparum HB3 parasitas para dérmica (HDMEC) e pulmonar (HPMEC) células endoteliais, antes e depois de quatro rodadas de seleção. Embora o meio de cultura para HDMEC e HPMEC ligeiramente diferente (veja as instruções do fornecedor), o protocolo usado para a seleção foi idêntica como com HBEC-5i. Fotos tiradas com ampliação de 400X.

Nome do reagente Companhia Número de catálogo Comentários
DMEM-F12 Ham Sigma D6421 Por meio completo DMEM
L-glutamina 200mM GIBCO 25030 Para DMEM e meio completo RPMI
Penicilina estreptomicina / 100X (10.000 unidades / ml e 10mg/ml) ScienCell 0503 Por meio completo DMEM
Fetal bovino soro inativado pelo calor ScienCell 0025 Por meio completo DMEM
Tripsina-EDTA (0,025% Tripsina, 0,5 mM EDTA) ScienCell 0103
Suplemento de crescimento da célula endotelial ScienCell 1052 Por meio completo DMEM
Cultura de tecidos tratados 60 milímetros X 15 milímetros placas de Petri BD 353002
A fibronectina humana Millipore FC010 Use a 2 mg / cm 2
TNF R &D Systems 210-TA opcional, use a 50 mg / ml
RPMI 1640 Lonza BE12-167f Por meio completo RPMI
Gentamicina 50mg/ml Lonza 17-518Z Por meio completo RPMI
Hepes 1M Lonza BE17-737E Por meio completo RPMI
HDMEC ScienCell 2000 Linhagem de células primárias
HPMEC ScienCell 3000 Linhagem de células primárias
HBEC-5i Obtido a partir de Francisco Candal (fcandal@cdc.gov)

Tabela 2. Materiais

Discussão

A marca da malária cerebral é o seqüestro de P. falciparum iRBC dentro do cérebro microvasculatura 2, 3. No entanto, em culturas in vitro de P. falciparum apenas mal cytoadhere para HBEC-5i, um modelo de cérebro humano endotélio microvascular. Aqui desenvolvemos um ensaio simples para enriquecer uma população para a ligação com HBEC-5i, um mais "in-vivo, como" fenótipo. Três em cada 4 p. cepas falciparum foram selecionados com sucesso usando este método. Além disso, HB3 também foi selecionado em HDMEC e HPMEC, indicando que este protocolo pode ser usado para vários tipos e parasita das células endoteliais.

Diferentes hipóteses podem explicar a falta de ligação com a cepa DD2. O mais provável é o fato de que esta linha parasita é knobless, que impede a profundamente citoaderência 13, 14.

Recomendamos parasitas cultura não selecionados ao longo do pro seleçãocesso para fornecer um controle para comparação. Isto irá permitir, por exemplo, comparando o transcriptoma de parasitas vinculativa e não vinculativa, com a esperança de descobrir candidatos ligante do parasita.

TNF é uma citocina encontrados em nível elevado em pacientes com malária cerebral e foi mostrar para induzir a expressão de proteínas de superfície muitas das HBEC-5i (Claessens et al, em preparação e 8, 15, 16). Neste caso, a quantidade de iRBC ligada foi semelhante em HBEC-5i comparação com ativado HBEC-5i.

Este "modelo de sequestro" também pode ser usado para estudar a interação molecular entre os iRBC e as células endoteliais, bem como o efeito do suposto anti-citoaderência drogas. Neste caso, recomendamos plating HBEC-5i em poços menores, tais como "slides oito bem-câmara" (BD 354628) ou "CultureWell" (Sigma C7735-20EA).

Divulgações

Não temos nada a revelar.

Agradecimentos

Agradecemos a Francisco Candal, CDC Transferência de Tecnologia Escritório, Atlanta Geórgia para HBEC-5i células. Este trabalho foi financiado pelo Wellcome Trust (4 anos bolsa de estudo para doutorado e AC Fellowship sênior em ciência biomédica básica para JAR, conceder número 084226).

Referências

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  16. Wassmer, S. C., Combes, V., Candal, F. J., Juhan-Vague, I., Grau, G. E. Platelets potentiate brain endothelial alterations induced by Plasmodium falciparum. Infect. Immun. 74, 645-653 (2006).

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