Descrevemos técnicas baseadas em imagens de animais inteiros e citometria de fluxo para monitorar a expansão de células T CD8+ específicas do antígeno em resposta à imunização com nanopartículas em um modelo murino de vacinação.
Artigo de método
Descrevemos técnicas baseadas em imagens de animais inteiros e citometria de fluxo para monitorar a expansão de células T CD8+ específicas do antígeno em resposta à imunização com nanopartículas em um modelo murino de vacinação.
Adjuvantes vacinais tradicionais, como alúmen, provocam respostas subótimas de células T CD8+. Para enfrentar esse grande desafio no desenvolvimento de vacinas, vários sistemas de nanopartículas foram projetados para imitar as características dos patógenos para melhorar a entrega de antígenos aos linfonodos de drenagem e aumentar a captação de antígenos pelas células apresentadoras de antígenos, levando a novas formulações de vacinas otimizadas para indução de respostas de células T CD8+ específicas do antígeno. Neste artigo, descrevemos a síntese de um sistema de nanopartículas "imitador de patógenos", denominado vesículas multilamelares reticuladas entre bicamadas (ICMVs) que podem servir como um transportador de vacina eficaz para a co-entrega de antígenos de subunidades e agentes imunoestimuladores e elicitação de potentes respostas de linfócitos T CD8 + citotóxicos (CTL). Descrevemos métodos para caracterizar o tamanho hidrodinâmico e a carga superficial de nanopartículas de vacina com espalhamento dinâmico de luz e analisador de potencial zeta e apresentamos um procedimento baseado em microscopia confocal para analisar a entrega de antígenos mediados por nanopartículas aos linfonodos de drenagem. Além disso, mostramos uma nova técnica de imagem de bioluminescência de animais inteiros utilizando a transferência adotiva de células T CD8 + específicas para antígenos que expressam luciferase em camundongos receptores, seguida de vacinação com nanopartículas, que permite a interrogação não invasiva de padrões de expansão e tráfego de CTLs em tempo real. Também descrevemos a coloração de tetrâmero e a análise por citometria de fluxo de células mononucleares do sangue periférico para quantificação longitudinal das respostas endógenas das células T em camundongos vacinados com nanopartículas.
Desenvolvimento tradicional vacina tem utilizado, principalmente, a abordagem empírica de tentativa-e-erro. No entanto, com o recente desenvolvimento de uma grande variedade de biomateriais e descoberta de determinantes moleculares de activação imunitária, é agora possível conceber racionalmente formulações de vacinas com pistas biofísicas e bioquímicas derivados de patogénios 1,2. Em particular, várias plataformas de entrega de droga de partículas foram examinados como transportadores de vacinas uma vez que podem ser co-carregadas com antigénios de subunidade e agentes imunoestimulantes, proteger os componentes da vacina contra a degradação, e aumentar a sua co-entrega a células apresentadoras de antigénio (APCs), residente em linfa nodos (LNs), maximizando assim a estimulação e activação imunitária 3-5. Neste relatório, descreve-se a síntese de um sistema de nanopartículas "-imitando agente patogénico", denominados interbilayer reticulado vesículas multilamelares (ICMVs), que tenham sido previamente demonstrado como uma vacina potente Platform para elicitação de robusto de linfócitos T citotóxicos (CTL) e respostas imunitárias humorais em ambos os compartimentos dos tecidos das mucosas e sistémicas 6-9. Em particular, a vacinação com ICMVs alcançado substancialmente melhorada níveis de IgG no soro contra um antigénio da malária, em comparação com a vacinação com adjuvantes convencionais (por exemplo, alúmen e Montanide 7) e também induziu respostas CTL potentes contra células tumorais e modelos de desafio virais em ratinhos 9. Aqui, usando ICMVs como um sistema de nanopartículas vacina modelo, descrevem métodos para caracterização de nano-vacinais formulações, incluindo tamanho de partícula e medições de potencial zeta e monitoramento do tráfico de partículas para linfonodos drenantes (dLNs) utilizando confocal imagem de tecidos criosseccionada 7. Além disso, apresenta-se um método baseado no de imagem inteira em animais de análise de expansão de respostas por CTL em ratinhos após a transferência adoptiva de células específicas para o antigénio T CD8 + que expressam luciferase 9,10. Finalmente, deescriba tetrâmero coloração de células mononucleares do sangue periférico (PBMCs) para quantificação longitudinal de respostas de células T endógenas em ratinhos vacinados com nanopartículas 6,9.
ICMVs são uma formulação de nanopartículas à base de lípidos sintetizados por fusão controlada de lipossomas simples em estruturas multilamelares, que são então estabilizadas quimicamente por grupos de cabeça de fosfolípidos de reticulação funcionalizado com maleimida dentro camadas lipídicas com ditiol reticuladores 6. Uma vez ICMVs são sintetizados, uma pequena fracção de nanopartículas podem ser usadas para determinar o tamanho de partícula e potencial zeta (isto é, carga de superfície das partículas), com um sistema de dispersão de luz dinâmica (DLS), e um analisador de potencial zeta. DLS medidas de mudanças na dispersão de luz em suspensões de partículas, permitindo a determinação do coeficiente de difusão e o tamanho hidrodinâmico de partículas 11. Atingir o tamanho de partícula consistente de lote para lote é crítica sínteseuma vez que o tamanho de partícula é um dos principais factores que influenciam a drenagem linfática das partículas de vacinas para dLNs e subsequente absorção celular por APCs 12,13. Além disso, o potencial zeta pode ser obtido por medição da velocidade das partículas, quando uma corrente eléctrica é aplicada, o que permite a determinação da mobilidade electroforética das partículas e superfície das partículas de carga 11. Assegurar valores de potencial zeta consistentes de partículas é importante uma vez que a carga superficial das partículas determina a estabilidade coloidal, o que tem um impacto directo sobre a dispersão das partículas durante o armazenamento e após a administração in vivo 14,15. A fim de controlar a localização das partículas para dLNs, ICMVs pode ser marcado com fluoróforos desejados, incluindo corantes lipofílicos e antigénios covalentemente marcados. A seguir à imunização, os ratos podem ser sacrificados em vários pontos temporais, dLNs ressecado, criosseccionada, e analisados com microscopia confocal. Esta técnica permite a visualização de drai linfáticoNing de ambos os veículos de vacina para antigénio de nanopartículas e dLNs. As secções de tecido podem ser adicionalmente coradas com anticorpos marcado por fluorescência e utilizada para obter mais informação, tais como tipos de células associadas com o antigénio e a formação de centros germinais como mostrámos anteriormente 7.
Uma vez que a síntese de partículas é optimizada e tráfico para os dLNs é confirmada, é importante para validar elicitação de expansão de CTL in vivo. A fim de analisar a elicitação de células específicas para o antigénio T CD8 + em resposta à vacinação de nanopartículas, nós utilizamos um modelo de antigénio, ovalbumina (OVA), 257-264 péptido com OVA (SIINFEKL) epítopo imunodominante de células T CD8 +, o que permite que as análises imunológicas detalhados de respostas de células T específicas para o antigénio para o desenvolvimento de vacinas inicial 16,17. Em particular, para interrogar a dinâmica de expansão e migração de células específicas para o antigénio T CD8 +, que geraram ummodelo de ratinho transgénico duplo da luciferase do pirilampo por cruzamento de ratinhos transgénicos que expressam (Luc) com OT-I ratinhos transgénicos que possuem células T CD8 + com o receptor de células T (TCR) específico para SIINFEKL (em associação com H-2K b). A partir destes ratinhos OT-I / Luc, que expressam luciferase, as células AT-I T CD8 + pode ser isolado e preparado para transferência adoptiva para naive C57BL / 6. Uma vez semeadas, a imunização bem sucedida com nanopartículas contendo OVA resultará na expansão das células T transferidas, que podem ser controladas através da monitorização do sinal de bioluminescência com um sistema de imagem de animais 9,10 todo. Esta técnica de imagem não invasiva de corpo inteiro foi usado com outros antigénios virais ou tumorais no passado 18-20, processos envolvidos na expansão das células T em tecidos linfóides e difusão para os tecidos periféricos de um modo longitudinal revelando.
Complementar para análise de adoptivamente células específicas de antigénio transferidos T CD8 +, endógenoas respostas das células T após vacinação nos pode ser examinado com o complexo de péptido-histocompatibilidade principal (MHC) de ensaio de tetrâmero 21, em que um complexo péptido-MHC de tetrâmero, que consiste de quatro marcado com fluoróforo do MHC de classe I de moléculas carregadas com epítopos de péptidos, é empregue TCR se ligar e marcar as células T CD8 + de um modo específico do antigénio. O ensaio de tetrâmero de péptido-MHC pode ser realizada tanto em estudos de necropsia terminais para identificar as células T CD8 + específicas para o antigénio em linfóides e tecidos periféricos ou em estudos longitudinais com células mononucleares do sangue periférico (PBMC) obtidas a partir de sangue em série chama. Após a coloração de linfócitos com péptido-MHC de tetrâmero, análise de citometria de fluxo é realizada por análises detalhadas sobre o fenótipo dos CTL ou quantificação da sua frequência entre as células T CD8 +.
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Todas as experiências descritas neste protocolo foi aprovado pelo Comitê Universidade de uso e cuidados dos Animais (UCUCA) na Universidade de Michigan e realizado de acordo com as políticas e diretrizes estabelecidas.
1. Síntese e Caracterização de ICMVs Co-carregado com proteína Antígeno e Adjuvante Moléculas
2. O exame do Linfonodo Drenagem de ICMVs Fluorescência-marcado com microscopia confocal
3. Monitoração de Expansão de antígeno específico da, luciferase expressando células T CD8 + após Nanoparticle vacinação com Whole animal de imagem
As células T CD8 + 4. péptido-MHC Tetrâmero Coloração de PBMC para análise do antigénio específico da-
Nota: O procedimento seguinte protocolo pode ser realizada utilizando tanto ratinhos C57BL / 6 com células transferidas adoptivamente OT-I / Luc T CD8 + ou ratinhos C57BL / 6, sem a transferência adoptiva.
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Os passos envolvidos na síntese de ICMVs estão ilustrados na Figura 1 6. Resumidamente, uma película de lípido contendo quaisquer fármacos lipofílicos ou corantes fluorescentes é hidratado na presença de drogas hidrofílicas. Os catiões divalentes, tais como Ca 2+, são adicionados à unidade de fusão de lipossomas aniónicos em vesículas multilamelares. Ditiol agente de reticulação, tal como DTT, é adicionado a "staple" lípidos funcionalizado com maleimida na apposing camada...
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O protocolo fornecido neste artigo descreve a síntese e caracterização de um novo sistema de nanopartículas à base de lípidos, denominado ICMVs, e fornece o processo de validação da eficácia de formulações de vacinas à base de nanopartículas para induzir respostas de CD8 +, células T específicas de antigénio. ICMV síntese é completada em todas as condições aquosa, o que é uma grande vantagem em comparação com outros sistemas habitualmente utilizados nanopartículas poliméricas (por exemplo, poli (lactido-co-glic...
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Perkin Elmer, desde que o custo de produção incorridos durante a publicação deste artigo.
Este estudo foi apoiado pelo Instituto Nacional de Saúde conceder 1K22AI097291-01 e pelo Centro Nacional para a Promoção da Ciência Translational dos Institutos Nacionais de Saúde sob Award Número UL1TR000433. Nós também reconhecemos Prof. Darrell Irvine no MIT e Prof. Matthias Stephan no Fred Hutchinson Cancer Center por sua contribuição no trabalho inicial sobre as nanopartículas de vacinas e camundongos transgênicos OT-I / Luc.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 1. Síntese e caracterização de ICMVs co-carregados com antígeno proteico e moléculas adjuvantes | |||
| 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfoetanolamina-N-[4-(p-maleimidofenil)butiramida] (sal de sódio) (MPB) | Avanti Polar Lipids, INC. | ||
| 1,2-dioleoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DOPC) | Avanti Polar Lipids, INC. | ||
| Monofosforil Lipídio A (Sintético) (PHAD™) (MPLA) | Avanti Polar Lipids, INC. | 699800 | |
| Frascos de vidro de 20 ml | Wheaton | 0334125D | |
| Symphny | VWR | 414004-580 | |
| Ovalbumina (OVA) | Worthington | 3054 | |
| Bis-Tris Propano (BTP) | Fisher | BP2943 | |
| Q125 Sonicator (125 W/20 kHz) | Qsonica | Q125-110 | |
| Ditiotreitol (DTT) | Fisher | BP172 | |
| 2 kDa Polietilenoglicol Tiolado (PEG-SH) | Laysan Bio | MPEG-SH-2000-1g | |
| Malvern ZetaSizer Nano ZSP | Malvern | ||
| ZetaSizer Cuvettes | Malvern | DTS1070 | |
| 2. Exame de drenagem linfonodal de ICMVs marcados com fluorescência com microscopia confocal | |||
| 1,1'-Dioctadecil-3,3,3',3'-Tetrametilindodicarbocianina, 4-Clorobenzenossulfonato Sal (DID) | Life Technologies | D-7757 | |
| Alexa Fluor 555-succinimidyl ester (AF555-NHS) | Life Technologies | A37571 | |
| Tissue-Tek OCT meio de congelamento | VWR | 25608-930 | |
| Criomoldes de tecido | VWR | 25608-922 | |
| 3. Monitoramento da expansão de células T CD8+ específicas do antígeno, que expressam luciferase, após vacinação com nanopartículas com imagens de animais inteiros | |||
| C57BL/6 | Jackson | 000664 | |
| camundongos Albino C57BL/6 | Jackson | 000058 | |
| OT-1 C57BL/6 | camundongos Jackson | 003831 | |
| 70 μ m coador de nylon | BD | 352350 | |
| EasySep™ Kit de Isolamento de Células T CD8+ de Camundongo | Células-Tronco | 19853 | |
| IVIS® sistema de imagem de animais inteiros | Perkin Elmer | ||
| 4. Coloração de tetrâmero peptídico-MHC de células mononucleares do sangue periférico (PBMCs) para análise de citometria de fluxo de células T CD8+ específicas para antígenos | |||
| K2EDTA tubos | BD | 365974 | |
| ACK tampão de lise | Life Technologies | A10492-01 | |
| Anti-CD16/32 Fc Block | Ebioscience | 14-0161-86 | |
| H-2Kb OVA Tetramer | MBL | TS-5001-1C | |
| Anti-CD8-APC | BD | 553031 | |
| Anti-CD44-FITC | BD | 553133 | |
| Anti-CD62L-PECy7 | Ebioscience | 25-0621-82 | |
| 4′,6- Dicloridrato de diamidino-2-fenilindol (DAPI) | SIGMA | D8417-10MG | |
| CyAn Citômetro de fluxo | Beckman Coulter | ||
| FlowJo Software | FlowJo |
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