Aqui, descrevemos um modelo murino in vitro da barreira hematoencefálica que faz uso de espectroscopia de impedância celular, com foco nas consequências na integridade e permeabilidade das células endoteliais após a interação com células T ativadas.
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Aqui, descrevemos um modelo murino in vitro da barreira hematoencefálica que faz uso de espectroscopia de impedância celular, com foco nas consequências na integridade e permeabilidade das células endoteliais após a interação com células T ativadas.
A quebra da barreira hematoencefálica (BHE) é uma etapa crítica no desenvolvimento de doenças autoimunes, como a esclerose múltipla (EM) e seu modelo animal de encefalomielite autoimune experimental (EAE). Esse processo é caracterizado pela transmigração de células T ativadas através das células endoteliais cerebrais (CEs), os principais constituintes da BHE. No entanto, as consequências na função do EC cerebral após a interação com essas células T são amplamente desconhecidas. Aqui descrevemos um ensaio que permite a avaliação da função microvascular microvascular do cérebro primário do camundongo (MBMEC) e da integridade da barreira durante a interação com as células T ao longo do tempo. O ensaio faz uso de espectroscopia de células de impedância, uma ferramenta poderosa para estudar a integridade e permeabilidade da monocamada de EC, medindo mudanças na resistência elétrica transendotelial (TEER) e capacitância da camada celular (Ccl). Em contato direto com CEs, células T estimuladas, mas não ingênuas, são capazes de induzir disfunção de monocamada de CE, conforme visualizado por uma diminuição no TEER e um aumento no Ccl. O ensaio registra mudanças na integridade da monocamada EC de forma contínua e automatizada. É sensível o suficiente para distinguir entre diferentes intensidades de estímulos e níveis de ativação de células T e permite a investigação das consequências de uma modulação direcionada da interação célula T-EC usando uma ampla gama de substâncias, como anticorpos, reagentes farmacológicos e citocinas. A técnica também pode ser usada como controle de qualidade para integridade de CE em ensaios de transmigração de células T in vitro. Essas aplicações o tornam uma ferramenta versátil para estudar as propriedades do BBB em condições fisiológicas e fisiopatológicas.
A barreira sangue-cérebro separa a circulação sistémica a partir do sistema nervoso central (SNC) 1-3. Ele fornece uma barreira física que inibe a livre circulação das células e à difusão de moléculas solúveis em água e protege o cérebro de agentes patogênicos e substâncias potencialmente nocivas. Para além da sua função de barreira, o BBB permite o fornecimento de oxigénio e nutrientes para o parênquima cerebral, o que assegura o bom funcionamento do tecido neuronal. As propriedades funcionais da certificação são altamente regulados pelos seus componentes celulares e acelulares, com ECs altamente especializada sendo o seu principal elemento estrutural. CEs da certificação são caracterizados pela presença de junção estanque (TJ) complexos, falta de fenestrações, extremamente baixa actividade pinocytic, e mecanismos de transporte permanentemente activas. Outros componentes da certificação da membrana basal CE, pericitos incorporação do endotélio, pés terminais astrocíticos e = par associadomembrana basal enchymal também contribuir para o desenvolvimento, manutenção e função da BHE 2,4 - 6 e, em conjunto com os neurónios e microglia, formam a unidade neurovascular (NVU), que permite o bom funcionamento do SNC 7-9.
Numa variedade de doenças neurológicas, tais como neurodegenerativas, doenças inflamatórias ou infecciosas, a função da BHE está comprometida 2,5,10. A desregulação de TJ e complexos mecanismos de transporte moleculares leva ao aumento da permeabilidade a certificação, o extravasamento de leucócitos, a inflamação e dano neuronal. A fim de estudar as propriedades de BBB sob tais condições fisiopatológicas, vários modelos in vitro da BBB foram estabelecidas 9,11,12. Juntos, eles têm fornecido informações valiosas sobre as mudanças da integridade da barreira, a permeabilidade, bem como mecanismos de transporte. Estes modelos utilizam células endoteliais de origem humana, de ratinho, rato, porcino ou bovina 13-18; células endoteliais primárias ou linhas celulares são cultivadas quer como uma monocultura ou em conjunto com os pericitos e / ou astrócitos para imitar mais de perto a certificação in vivo 19-25. Nos últimos anos, a medição da resistência eléctrica transendotelial (TEER) tornou-se uma ferramenta amplamente aceito para avaliar as propriedades de barreira endotelial 26,27.
TEER reflecte a impedância ao fluxo de iões através da monocamada de células e a sua redução proporciona uma medida sensível da integridade da barreira endotelial comprometida e, por conseguinte, aumento da permeabilidade. Vários sistemas de medição TEER têm sido desenvolvidos, incluindo epitelial Voltohmmeter (Evom), Cell-substrato Eléctrica Impedância de detecção (ECIS), e análise de células em tempo real 15,28 - 30. TEER reflecte a resistência ao fluxo de iões entre CEs adjacentes (via paracelular) e é directamente proporcional àa integridade da barreira. Em espectroscopia de impedância 27,31, impedância total complexo de (Z) é medida, que fornece informações adicionais sobre a integridade da barreira medindo Ccl. Ccl relaciona-se com a corrente capacitiva através da membrana celular (via transcelular): a camada de células actua como um condensador no circuito eléctrico equivalente, que separa as cargas em ambos os lados da membrana e é inversamente proporcional à integridade da barreira. Quando cultivadas em inserções permeáveis, ECs aderir, proliferar e espalhar sobre a membrana microporosa. Isto resiste a corrente capacitiva fundo da inserção (que por sua vez actua como um condensador) e leva a uma diminuição na capacitância até que atinge o seu nível mínimo. Isso é seguido pelo estabelecimento de TJ complexos que vedar o espaço entre as células endoteliais adjacentes. Isso restringe o fluxo de iões através da via paracelular, e TEER aumenta até atingir o planalto. Sob condições inflamatórias, no entanto, o endotheliai barreira está comprometida: TEER diminui à medida que TJ complexos são interrompidos e Ccl aumenta à medida que o componente capacitivo da inserção sobe novamente.
Nossa medição TEER usa o sistema automatizado de monitorização das células 32: segue-se o princípio da espectroscopia de impedância e estende suas aplicações anteriores. Aqui, nós descrevemos um modelo in vitro a certificação que permite o estudo das propriedades de barreira, incluindo a interacção de endotélio cerebral com células do sistema imune; em particular células T activadas. Tais condições fisiopatológicas são observadas em doenças auto-imunes do sistema nervoso central, tais como a esclerose múltipla e o seu modelo animal experimental de encefalomielite auto-imune 33-37. Aqui, um passo crucial é a transmigração de células T encefalitogénicas, específicos de mielina em todo o BBB. Isto é seguido pela sua reactivação no espaço perivascular e entrada dentro do parênquima do cérebro, onde se recrutar outras células do sistema imunológico e meinflamação diate e subsequente desmielinização 1,35,38. No entanto, os mecanismos moleculares da interacção entre estas células T e as células endoteliais, os principais constituintes da BBB, não são bem compreendidos. Nosso protocolo visa preencher esta lacuna e dar novos insights sobre as consequências sobre as células endoteliais (ou seja, a integridade da barreira e permeabilidade) mediante o seu contacto directo e complexa interação com as células T ativadas.
O protocolo aqui descrito faz uso de células endoteliais microvasculares cerebrais de rato primária, cultivadas como uma monocamada em inserções permeáveis com membranas microporosas. As células endoteliais são co-cultivadas com células T CD4 +, que podem ser pré-activados quer policlonal ou de um modo específico do antigénio. Co-cultura de células T com MBMECs pré-activado, mas não ingénuos induz uma diminuição da TEER e um aumento em CCL, a qual fornece uma medida quantitativa da disfunção e barreira perturbação MBMEC. a técnicaé não-invasivo: ele usa built-in em vez de eletrodos pauzinho, que impedem a grande perturbação da monocamada CE; ele pode ser utilizado para monitorizar a função de barreira, sem a utilização de marcadores de células. Faz medições contínuas em uma forma automatizada e permite uma avaliação independente dos dois parâmetros de barreira (TEER e CCL), simultaneamente, ao longo do tempo. O método também é suficientemente sensível para distinguir entre diferentes níveis de activação de células T e os efeitos de tais células T na ECS.
Ele pode ser usado numa grande variedade de ensaios funcionais diferentes: as citocinas e / ou quimiocinas implicados em processos inflamatórios podem ser adicionadas à co-cultura de células T e MBMECs; anticorpos bloqueadores contra moléculas de adesão celular em ambos o lado CE ou de células T pode ser utilizado; e inibidores de marcadores de activação das células T ou de suas propriedades citolíticas pode ser adicionado durante a iniciação de células T ou a sua co-cultura com células endoteliais. O ensaio é também útil para a transmigração de células Tensaios, uma vez que pode servir como um controlo da integridade monocamada MBMEC antes da adição de células T qualidade. Tudo isto torna este método uma ferramenta versátil e fiável para estudar a certificação in vitro, com um foco no efeito de células T activadas na integridade monocamada CE. Isto é de particular importância para a compreensão dos mecanismos de certificação da interrupção na patogénese de doenças auto-imunes, como a esclerose múltipla e o seu modelo animal de EAE, em que, as células T auto-reactivas encefalitogénicas atravessar a BHE e causar inflamação e dano neuronal.
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Para todas as experiências, os ratinhos foram criados e mantidos sob condições específicas isentas de agentes patogénicos em instalações para animais Central da Universidade de Munster, de acordo com as directrizes alemães para cuidados animais. Todos os experimentos foram realizados de acordo com as orientações do comitê de animais ética experimental e aprovado pelas autoridades locais de North Rhine-Westphalia, Alemanha (LANUV, AZ 84-02.05.20.12.217).
1. MBMEC Isolamento e Cultura
NOTA: Isolar MBMECs como previamente descrito em detalhe 14 com as seguintes modificações:
2. A colheita MBMECs
3. CD4 + T e isolamento das células Estimulação
4. Configuração e Execução de Medição TEER
5. Data Export e Análise Estatística
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A Figura 1 fornece uma visão geral do modelo de certificação in vitro utilizado para estudar a interação entre células T e células endoteliais. O experimento consiste em três etapas principais. O primeiro passo é o isolamento de MBMECs primárias a partir de córtices cerebrais, e a sua cultura durante cinco dias. Quando atingem confluência na placa de cultura celular, MBMECs são tripsinizadas e re-semeadas em inserções permeáveis, os quais são, então, colocados n...
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Vários passos do protocolo descrito são essenciais para uma experiência de sucesso. Durante o isolamento e cultura MBMEC inicial, é crucial que o trabalho é executado sob condições estéreis, tanto quanto possível, para evitar a contaminação da cultura de células com esporos de fungos ou bactérias. A fim de se obter uma cultura pura de células endoteliais, é recomendado o uso de um meio contendo puromicina para os três primeiros dias, o que permite que a sobrevivência das células endoteliais, mas não outros tipos de célu...
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I. Kuzmanov, A. M. Herrmann, S.G. Meuth, H. Wiendl e L. Klotz não têm nada a divulgar. H.-J. Galla é consultor científico da nanoAnalytics GmbH, fabricante do monitor de células automatizado.
Somos gratos a Annika Engbers e Frank Kurth pelo seu excelente apoio técnico e Dr. Markus Schäfer (nanoAnalytics GmbH) para discussões úteis sobre medições TEER. Este trabalho foi apoiado pelo Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), SFB1009 projeto A03 para HW e LK, CRC TR128, projeta A08; Z1 e B01 para LK e número de concessão HW, e do Centro Interdisciplinar de Investigação Clínica (Faculdade de Medicina de Münster) KL2 / 2015/14 para LK.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| cellZscope | nanoAnalytics GmbH | www.nanoanalytics.com | incluindo: Módulo de célula de 24 poços, controlador, PC com software cellZscope v2.2.2 |
| Ultracentrífuga | Thermo Scientific | www.thermoscientific.com | SORVALL RC 6+; rotor F21S-8x50y; para |
| citômetro de fluxo | Beckman Coulter | www.beckmancoulter.com | para análise de transmigração de células T |
| FlowJo7.6.5 software | Tree Star | www.flowjo.com | para análise de transmigração de células T |
| Tubos de centrífuga Oak Ridge, PC | Thermo Fisher Scientific | 3118-0050 | 50 ml; para isolamento MBMEC |
| Inserções de membrana Transwell - tamanho do poro 0,4 µ m | Corning | 3470 | para medição TEER como leitura principal |
| Inserções de membrana Transwell - tamanho de poro 3 µ m | Corning | 3472 | para medição TEER como controle de qualidade antes do ensaio de transmigração de células T |
| Placa de cultura de células de 24 poços | Greiner | 650 180 | de fundo plano; para cultura MBMEC |
| Placa de cultura de células de 96 poços | Costar | 3526 | de fundo redondo; para cultura de células imunes |
| QuadroMACS Separador | Miltenyi Biotec | 130-090-976 | para isolamento de células T e células B; suporta Colunas MACS LS |
| OctoMACS Separador | Miltenyi Biotec | 130-042-109 | para isolamento de células dendríticas; suporta colunas MACS MS |
| Câmara de contagem Neubauer | Marienfeld | MF-0640010 | para contagem de células |
| Filtro de células, 70 µ m | Corning | 352350 | para isolamento de células imunes |
| Filtro de células, 40 µ m | Corning | 352340 | para isolamento de células imunes |
| MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | para isolamento de células |
| imunes Colunas de separação MACS LS | Miltenyi Biotec | 130-042-401 | para isolamento de células T e células B |
| Colunas de separação MACS MS | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | para isolamento de células dendríticas |
| Mouse CD4 MicroBeads | Miltenyi Biotec | 130-049-201 | para isolamento de células T CD4+ |
| MicroBeads de camundongo | Miltenyi Biotec | 130-052-201 | para isolamento de células B |
| MicroBeads de camundongo CD11c | Miltenyi Biotec | 130-052-001 | para isolamento de células dendríticas |
| Colágeno tipo IV da placenta humana | Sigma | C5533 | para solução de revestimento MBMEC |
| Fibronectina de plasma bovino | Sigma | F1141-5MG | para solução de revestimento MBMEC |
| Colagenase 2 (CSL2) | Worthington | LS004176 | para isolamento MBMEC |
| Colagenase/Dispase (C/D) | Roche 11097113001 | para isolamento | |
| MBMEC DNase I | Sigma | DN25 | para isolamento MBMEC |
| Soro Fetal Bovino (FBS) | Sigma | F7524 | para isolamento MBMEC |
| Albumina de soro bovino (BSA) | Amresco | 0332-100G | para isolamento MBMEC |
| Percoll | Sigma | P1644-1L | para isolamento MBMEC |
| DMEM (+ GlutaMAX) | Gibco | 31966-021 | para isolamento MBMEC e meio de cultura MBMEC |
| Penicilina/estreptomicina | Sigma | P4333 | para isolamento MBMEC e meio de cultura MBMEC |
| tamponado com fosfato Solução salina (PBS) | Sigma | D8537 | para MBMEC e isolamento de células imunes |
| Heparina | Sigma | H3393 | para meio de cultura MBMEC |
| Fator de crescimento de fibroblastos básicos humanos (bFGF) | PeproTech | 100-18B | para meio de cultura MBMEC |
| Puromicina | Sigma | P8833 | para meio de cultura MBMEC; apenas nos primeiros três dias |
| 0,05% Tripsina-EDTA | Gibco | 25300-054 | para colheita de MBMECs |
| Colagenase Tipo IA | Sigma | C9891 | para isolamento de células dendríticas |
| Solução de azul de tripano, 0,4% | Thermo Fisher Scientific | 15250061 | para contagem de células |
| EDTA | Sigma E5134 | para isolamento de células imunes | |
| IMDM + 1% L-Glutamina | Gibco | 21980-032 | para meio de cultura de células T |
| X-VIVO 15 | Lonza | BE04-418Q | proteger da luz; para meio de cultura de células B |
| β-mercaptoetanol | Gibco | 31350-010 | para meio de cultura de células B |
| L-Glutamina (100x Glutamax) | Gibco | 35050-061 | para meio de cultura de células B |
| camundongo MOG35— 55 peptídeo | Biotrend | BP0328 | para ativação de células T antígeno-específicas |
| purificadas anti-camundongo CD3 Ab | BioLegend | 100302 | clone 145-2C11; para ativação de células T policlonais |
| purificadas NA/LE anti-camundongo CD28 Ab | BD Pharmingen | 553294 | clone 37.51; para ativação de células T policlonais |
| IFN-&gama murino recombinante; | PeproTech | 315-05 | para ensaios de transmigração de células T |
| TNF murino recombinante-&alfa; | PeproTech | 315-01A | para ensaios de transmigração de células T |
| NA/LE anti-camundongo purificado IFN-&gama; anticorpo | BD Biosciences | 554408 | clone XMG1.2; concentração final recomendada: 20 µ g / ml |
| Granzyme B Inhibitor II | Calbiochem | 368055 | concentração final recomendada: 10 µ Anticorpo |
| M PE anti-camundongo CD4 | Biolegend | 116005 | clone RM4-4; para análise da transmigração de células T |
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