Aqui nós descrevemos uma abordagem proteômica de célula única para avaliar imunológico fenotípico e funcional (indução de citocinas intracelulares) alterações nas amostras de sangue periférico, analisadas através de citometria de massa.
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Aqui nós descrevemos uma abordagem proteômica de célula única para avaliar imunológico fenotípico e funcional (indução de citocinas intracelulares) alterações nas amostras de sangue periférico, analisadas através de citometria de massa.
Citocinas desempenham um papel crucial na patogênese de doenças auto-imunes. Daí, a medição dos níveis de citocina tem sido o foco de vários estudos na tentativa de compreender os mecanismos precisos que levam ao colapso da auto-tolerância e auto-imunidade subsequente. Abordagens, até agora tem sido baseadas no estudo de um aspecto específico do sistema imunológico (um único ou alguns tipos de células ou citocinas) e não oferecer uma avaliação global da doença auto-imune complexa. Enquanto o pacientes estudos baseados em soros tem conseguido importantes insights sobre auto-imunidade, eles não fornecem a fonte celular específica a desregulação citocinas detectadas. Uma abordagem abrangente de célula única para avaliar a produção de citocinas em vários subconjuntos de células imunes, dentro do contexto de "intrínseco" plasma paciente específico, fatores, de circulação é descrita aqui. Esta abordagem permite a monitoração do paciente específico imune fenótipo (marcadores de superfície) e função (citocinas), quer na sua nativa "intrínseco patogénicos" doença estadual, ou na presença de agentes terapêuticos (em vivo ou ex vivo).
As doenças auto-imunes são das principais causas de morbidade e mortalidade, afetando 3-8% da população. Nos Estados Unidos, desordens auto-imunes estão entre as principais causas de morte entre as mulheres jovens e de meia-idade (idades < 65 anos)1,2. Doenças auto-imunes são caracterizadas por apresentação clínica heterogênea e diversos processos imunológicos subjacentes. O espectro da heterogeneidade está bem representado através de diferentes transtornos, tais como a participação conjunta em artrite reumatoide (ar) e doença neurológica em esclerose múltipla (MS). No entanto, este nível de heterogeneidade também é exemplificado dentro de um único distúrbio, tais como Lúpus eritematoso sistémico (SLE): alguns pacientes podem apresentar com patologia renal, enquanto outros sofrem de envolvimento hematológicas ou comum3.
A imunopatogênese subjacente em desordens auto-imunes espelha a heterogeneidade clínica, envolvendo autoe hiperativação de vários subconjuntos de célula imune inata e adaptativa e desregulação concomitante produção de citocinas. Enquanto citocinas desempenham um papel crucial na patogênese da doença auto-imune, compreender o seu papel específico no mecanismo da doença tem provado para ser um desafio. Citocinas são caracterizadas por pleiotropia (uma citocina pode ter vários efeitos sobre diferentes tipos de células), redundância (várias citocinas podem ter o mesmo efeito), a dualidade (uma citocina pode ter efeitos pro ou anti angentes sob condições diferentes), e plasticidade (citocinas podem ser moldadas em um papel diferente do seu "original", dependendo do ambiente)4,5,6. Consequentemente, métodos de nível populacional não consegue distinguir heterogêneas respostas celulares para a mesma "cytokine milieu". Da mesma forma, os projetos de estudo que se concentram em um aspecto específico do sistema imunológico (um único tipo de células ou citocinas), não oferecem uma avaliação global de todos os elementos envolvidos na complexa doença auto-imune. Enquanto o pacientes estudos baseados em soros tem conseguido importantes insights sobre auto-imunidade, eles não fornecem a fonte celular específica a desregulação citocinas detectadas.
Recentemente, desenvolvemos uma abordagem proteômica de célula única para avaliar simultaneamente a vários tipos de células imunes e detectar suas várias citocinas perturbações no meio do paciente específico "" plasma de sangue periférico circulantes fatores patogênicos. O fluxo de trabalho descrito aqui é caracterizado pelo uso de amostras de sangue periférico intacto, ao contrário de células mononucleares de sangue periférico isolado (PBMC). Sangue periférico representa o veículo fisiologicamente mais relevante para estudar a doença imune-mediada sistêmica, incluindo células de sangue 1) não-mononucleares frequentemente envolvidos em doenças autoimunes (isto é, neutrófilos, plaquetas) e 2) plasma circulantes de fatores, tais como ácidos nucleicos, complexos imunes e citocinas, que têm funções de ativação imunes. Para capturar o "intrínseco patogénicos" desregulação produção de citocinas, as amostras são processadas imediatamente após a recolha de sangue (T0, tempo zero) e após 6 horas de incubação a 37 ° C (temperatura do corpo fisiológico) com um transporte de proteína do sangue periférico inibidor na ausência de qualquer condição estimulante exógena (T6, tempo 6 h), para detectar a produção de citocinas (acumulação, T6-T0) que iria reflectir o estado de doença "intrínseco" (Figura 1). Para estudar os processos de desregulação que refletem sobre ou sob ativação da sinalização de caminhos envolvidos em respostas imunes pertinentes à doença, amostras de sangue periférico são tratados (incubação de 6 h a 37 ° C, com um inibidor de transporte de proteína) com uma exógena estimulando a condição que reflete a patogênese da doença, tais como agonistas do Receptor Toll-Like (TLR) no caso de SLE (T6 + R848, tempo 6 h com R848 de 1 µ g/mL), para detectar a produção de citocinas que refletisse uma resposta aos ácidos nucleicos (comparando T0 vs T6 vs T6 + R848, Figura 1). Para estudar os efeitos imunomoduladores de terapêutica disponível ex vivo, como dizem respeito aos processos de desregulação imune precisos para pacientes específicos, amostras de sangue periférico são tratadas com um inibidor JAK no relevantes terapêutico concentração (aqui, 5 hum ruxolitinib; T6 + 5R, tempo 6 h com 5 hum ruxolitinib), para detectar alterações no estado de doença "intrínseco" em resposta à droga (T0 vs T6 vs T6 + 5R, Figura 1). Um inibidor JAK foi escolhido para este estudo porque inibidores JAK foram mostrados para ser bem sucedido no tratamento de doenças auto-imunes como Rá
Para avaliar simultaneamente os processos de desregulação descritos acima em vários subconjuntos de células imunes, amostras de sangue periférico de SLE pacientes e controles saudáveis foram processados conforme descrito acima e analisadas por citometria de massa. Citometria de massa, também conhecido como citometria-tempo-de-voo, oferece análises de célula única de mais de 40 parâmetros sem problemas de espectral se sobrepõem7,8,9. Esta técnica utiliza isótopos metal de terra rara na forma de íons metálicos solúveis como tags vinculados aos anticorpos, ao invés de fluorophores10. Detalhes adicionais sobre a plataforma tecnológica de citometria em massa (ou seja, ajuste e calibração, aquisição de amostra) podem ser encontrados em Leipold et al e McCarthy et al 11 , 12 a alta-dimensionalidade da citometria de massa permite a medição simultânea de várias citocinas ao longo de subconjuntos de célula imune inata e adaptativa com granularidade de célula única (Tabela de materiais).
Parâmetros clínicos e laboratoriais convencionais atuais muitas vezes não são sensível ou específico o suficiente para a detecção de atividade da doença em curso ou a resposta de imunomoduladores específico13, refletindo a necessidade de melhor delinear o imunológico subjacente mudanças que impulsionam a flare-ups. Dada a abrangência do cytokine dysregulation na doença auto-imune, tem uma infinidade de abordagens de tratamento que usam anticorpos ou inibidores moleculares pequenos direcionamento citocinas ou sinalização de proteínas envolvidas na regulação da produção de citocinas recentemente surgiram. No seu formato básico, a abordagem analítica de sangue periférico, descrita aqui fornece uma plataforma para identificar subconjuntos de células específicas do paciente prejudicado e sua produção de citocina anormal na doença auto-imune com manifestações sistêmicas. Esta metodologia permite a personalização de opções terapêuticas como citocinas desregulação específicos podem ser identificadas, e tratamento específico, as opções podem ser testadas ex vivo para avaliar sua capacidade de immunomodulate a paciente doença específica processo.
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Todos os métodos descritos aqui foram aprovados por o Colorado múltiplos institucional Review Board (COMIRB) da Universidade do Colorado. Todos os procedimentos descritos abaixo devem ser executados em uma capa de cultura de tecidos estéreis, salvo indicação em contrário, com pontas de pipetas filtrada, e todos os reagentes filtrada.
1. preparação dos reagentes para o processamento de sangue periférico
2. estimulação e processamento de sangue periférico (Figura 1)
3. código de barras Lysed/fixo de células do sangue
4. coloração de código de barras Lysed/fixo as células do sangue e preparação para análise Cytometry massa instrumento
Nota: Cada 1 X título do anticorpo de coloração (1 μL do anticorpo por 100 μL de reação de coloração), geralmente pode manchar a 3 – 4 x 106 células. Portanto, quando todas as amostras de código de barras são agrupadas em um tubo, a quantidade de anticorpos deve ser ampliada. Se a quantidade de amostras de código de barras 20 a 30 x 106 células e cada 1 título X pode manchar 3 – 4 x 106 células, a amostra de código de barras requer apenas um 10 X título, em vez de individualmente, cada amostra de coloração que exigiria um 20 X quantidade de anticorpo (1 X por tubo individual). A concentração do anticorpo para o número do celular deverá ser titulada cuidadosamente para cada anticorpo individual cocktail (não discutido aqui).
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A Figura 1 demonstra o fluxo de trabalho para a estimulação e processamento das amostras de sangue periférico, incluindo a alocação das alíquotas de amostra de sangue, sincronismo da adição de agentes de estimulação, proteína de transporte inibidor cocktail e incubação vezes até o lysis da pilha de sangue vermelha (RBC) e fixação. A escolha dos agentes estimulantes dependerá as vias de sinalização e citocinas que são direcionadas para a avaliação. Por exemplo...
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Aqui descrevemos um romance, unicelulares, abordagem proteômica para avaliar simultaneamente a vários tipos de células imunes e detectar suas várias citocinas perturbações no meio do paciente específico "" plasma de sangue periférico circulantes fatores patogênicos. Este método emprega o sangue periférico como o veículo analítico e citometria de massa como a ferramenta para a avaliação de anormalidades fenotípicas e funcionais de celulares imunes. O método é prontamente aplicável a estudos de humanos e ratos
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Os autores não têm nada para divulgar.
Gostaríamos de agradecer o contributo intelectual e comentários úteis Aimee Pugh-Bernard. Este trabalho foi apoiado pelo Boettcher Fundação Webb-Waring Biomedical Research Award e prêmio número K23-1K23AR070897 do NIH para Elena W.Y. Hsieh. Ela também foi apoiada pelo prêmio número K12-HD000850 de Eunice Kennedy Shriver Instituto Nacional de saúde infantil e desenvolvimento humano e a Lucile Packard Foundation para saúde infantil, Stanford CTSA UL1 TR001085 e pesquisa de saúde infantil Instituto da Stanford University.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Ruxolitinibe | Santa Cruz | SC-364729A | Estoque Conc: 10 mM; Conc final: 5 μ M |
| R848 | Invivogen | tlrl-r848-5 | Stock Conc: 1 μ g/μ L; Conc Final: 1 μ g/mL |
| LPS-EK | Invivogen | tlrl-eklps | Teor de Estoque: 1 μ g/μ L; Conc final: 0.1 μ g/mL |
| Estéril PBS | Lonza | 17-516F | |
| Lyse/Fix Buffer | BD biosciences | 558049 | Stock Conc: 5X; Conc Final: 1X (diluir em ddH2O) |
| BD Phosflow buffer de perm/lavagem I | BD biosciences | 557885 | Conc de Estoque: 10X; Conc final: 1:10 (diluído em ddH2O) |
| RPMI | Gibco | 21870-076 | |
| Azida de sódio (NaN3) | Sigma-Aldrich | S-8032 | Conc de estoque: >99,9%; Conc Final: 0.0002 |
| Inibidor de Transporte de Proteína (PTI) | eBiosciences | 00-4980-93 | Conc de Estoque: 500X; Final Conc: 1X |
| DNA Intercalator | Fluidigm | 201192B | Stock Conc: 500 μ M; Conc final: 0.1 μ |
| Meios de coloração de células M (CSM) | PBS + 0,5% BSA, 0,02% NaN3 | ||
| MaxPar Barcode Perm | Buffer Fluidigm | 201057 | Stock Conc: 10X; Conc Final: 1X |
| Conjunto de Código de Barras Pd 20-plex | Fluidigm | S0014 | Conc de Estoque: n/a; Cálculo Final: n/a |
| EQ TM Quatro Elementos Calibração de Esferas | Fluidigm | 201078 | Cálculo de Estoque: 10X; Conc Final: 1X |
| Solução de Formaldeído Livre de MeOH a 16% | Thermo | 28908 | Conc de Estoque: 16% (p/v); Conc final: 1,6% (p/v) |
| Tubos de poliestireno de fundo redondo estéril | VWR | 60818-496 | Conc de stock: n/a; Conc Final: n/a |
| Tubos de cluster de polipropileno | Light Labs | A-9001 | Conc de estoque: n/a; Conc final: n/a |
| Helios Instrumento CyTOF | Fluidigm | Helios | Todas as soluções a serem usadas na análise CyTOF precisam estar livres de contaminação por metais. ddH2O é usado na preparação de qualquer solução deve ter uma resistividade de pelo menos 18,0 MΩ. cm. ddH2O e quaisquer soluções preparadas pelo próprio devem ser armazenadas em novos frascos de plástico ou vidro que nunca tenham sido autoclavados. |
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
| Anticorpos usados para citometria de massa< | |||
| strong>Marcadores de superfície | |||
| CD1c | Biolegend | L161 | Massa: 161 |
| CD3 | BD | UCHT1 | Massa: 144 |
| CD4 | Biolegend | SK3 | Massa: 174 |
| CD7 | BD | M-T701 | Massa: 149 |
| CD8 | Biolegend | SK1 | Massa: 142 |
| CD11b | Fluidigm | ICRF44 | Massa: 209 |
| CD11c | BD | B-ly6 | Massa: 152 |
| CD15 | BD | HI98 | Massa: 115 |
| CD14 | Biolegend | M5E2 | Massa: 154 |
| CD16 | eBioscience/Thermo | B73.1 | Massa: 165 |
| CD19 | Santa Cruz | SJ25C1 | Massa: 163 |
| CD21 | Biolegend | Bu32 | Massa: 141 |
| CD27 | BD | L128 | Massa: 155 |
| CD38 | Fluidigm | HIT2 | Massa: 172 |
| CD45 total | Biolegend | HI30 | Massa: 89 |
| CD45RA | Biolegend | HI100 | Massa: 153 |
| CD56 | Miltenyi | REA196 | Massa: 168 |
| CD66 | BD | B1.1/CD66 | Massa: 113 |
| CD86 | Fluidigm | IT2.2 | Massa: 150 |
| CD123 | Fluidigm | 6H6 | Massa: 143 |
| CD278/ICOS | Biolegend | C398.4A | Massa: 156 |
| CD179/PD1 | Biolegend | EH12.2H7 | Massa: 162 |
| IgD | Biolegend | IA6-2 | Massa: 146 |
| IgM | Biolegend | MHM-88 | Massa: 151 |
| CXCR5 | BD | RF8B2 | Massa: 173 |
| HLADR | Biolegend | L243 | Massa: 167 |
| Citocinas | |||
| IL-1&alfa; | Biolegend | 364-3B3-14 | Massa: 147 |
| IL-1β | Biolenda | H1b-98 | Massa: 169 |
| IL-1RA | Santa Cruz | AS17 | Massa: 157 |
| IL-6 | Biolegend | MQ2-13A5 | Massa: 164 |
| IL-8 | BD | E8N1 | Massa: 160 |
| IL-12/IL-23p40 | Biolegend | C8.6 | Massa: 171 |
| IL-17A | Biolegend | BL168 | Massa: 148 |
| IL23p19 | eBioscience/Thermo | 23dcdp | Massa: 176 |
| MIP1β | BD | D21-1351 | Massa: 158 |
| MCP1 | BD | 5D3-F7 | Massa: 170 |
| IFNα | Miltenyi | LT27:295 | Massa: 175 |
| IFN&gama; | Biolegend | 4S. B3 | Massa: 165 |
| PTEN | BD | A2B1 | Massa: 159 |
| TNFα | Biolegend | Mab11 | Massa: 166 |
| Nota: Se o fabricante for declarado como Fluidigm, este anticorpo foi adquirido da Fluidigm com metal pré-conjugado. Se o fabricante for declarado como diferente do Fluidigm, este anticorpo foi autoconjugado usando a rotulagem MaxPar Multi-Metal Kit (Fluidigm Cat: 201300) de acordo com o protocolo do fabricante. |
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