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Uma ilustração esquemática das estimulações citocinas usadas para a polarização de células derivadas de monócitos para M0 (células semelhantes a M2), M1 (células M1 totalmente polarizadas) e M2 (células M2 totalmente polarizadas) é apresentada na Figura 1A,enquanto imagens representativas de M0, Culturas celulares M1 e M2, bem como culturas M1 nos dias 0, 3 e 7, são mostradas na Figura 1B. Células M0 não infectadas foram utilizadas para demonstrar a estratégia básica de gating(Figura 2A). Inicialmente, as células mielóides (~85%) foram fechados de acordo com suas propriedades de dispersão dianteira (FSC) e dispersão lateral (SSC), incluindo as células maiores com alta granularidade e excluindo os detritos de pequeno porte com um SSC e FSC baixos que são encontrados no canto inferior esquerdo do gráfico de pontos. No segundo enredo, os doublets (ou seja, aglomerados celulares) foram definidos como tendo uma área aumentada, mas altura semelhante em comparação com células únicas e foram excluídos de análises posteriores. Portanto, apenas células proporcionais entre FSC-Area e FSC-Height (células únicas) foram incluídas dentro do portão de forma inclinada. Em seguida, o corante de viabilidade Zumbi-UV que mancha as proteínas citoplasmáticas dentro das células mortas, foi usado para excluir as células mortas da análise subsequente. Como esperado, as células M0 não infectadas viáveis foram negativas para a expressão Mtb-GFP visualizada no canal FITC.
Em seguida, aplicamos a mesma estratégia de gating para macrófagos M1 e M2 infectados por Mtb em 4 horas após a infecção(Figura 2B,C). Duas subsuperas foram detectadas no portão FCS/SSC de macrófagos polarizados M1 não infectados; uma população com menor tamanho (FCS) e maior granularidade (SSC) e outra população com maior tamanho e menor granularidade(Figura 2B),enquanto o portão principal de células M2 não infectadas parecia mais homogêneo(Figura 2C). Ambas as células derivadas de monícitoS M1 e M2 apresentaram uma mudança vertical para maior granularidade e redução do tamanho celular após a infecção por Mtb, o que pode refletir uma maior complexidade dentro das células causada pela absorção de bactérias Mtb intracelulares(Figura 2B,C). Além disso, a mancha de viabilidade revelou uma morte celular aumentada (17-22%) entre as células M1 e M2 infectadas por Mtb em um MOI de 5, em comparação com células M0 não infectadas (99%) (Figura 2A-C) ou células M1 e M2 não infectadas (dados não mostrados). Dados representativos mostraram que a expressão Mtb-GFP (ou seja, infectividade de Mtb) foi substancialmente maior em células M2 (77% GFP-positive) em comparação com células M1 (19% células GFP positivas) após 4 horas de infecção(Figura 2B,C). Depois de 24 horas de infecção, A expressão Mtb-GFP foi de 43% e 85% em células M1 e M2, respectivamente, sugerindo que as células M1 tiveram um aumento relativamente maior na expressão GFP de 4 a 24 horas após a infecção por Mtb em comparação com as células M2, 126% versus aumento de 10,4% na expressão GFP nas células M1 e M2 de 4 a 24 horas, respectivamente.
Para caracterizar a eficácia da polarização M1/M2 em células derivadas de moncidas não infectadas, foram utilizadas parcelas de pontos para identificar células M1 que foram duplamente positivas para cd64 e CD86 (CD64+CD86+) e células M2 que foram duplamente positivas para CD163 e CD200R (CD163+CD200R+ ; Figura 3A,B). A seleção dos marcadores M1/M2 foi feita principalmente com base nos resultados do nosso trabalho anterior25, mas também de outros estudos26,27,28,29. Os quadrantes das células manchadas foram definidos utilizando portões correspondentes para células M1/M2 não manchadas(Figura 3A). Nenhum desses marcadores é expresso exclusivamente por células M1 ou M2, mas a proporção de células positivas, bem como a intensidade da expressão da superfície é diferente. Isso ficou particularmente evidente a partir da mancha M1, onde cerca de 95% das células M1 e 79% das células M2 eram CD64+CD86+, mas a intensidade de coloração foi substancialmente maior no subconjunto M1(Figura 3A). Enquanto 27% das células M1 foram positivas para o CD200R marcador M200R, apenas 1% foram positivas para as células CD163, fornecendo 0,5% células CD163+CD200R+ M1 em comparação com 63% células CD163+CD200R+ M2(Figura 3A). Após 4 horas de infecção por Mtb, observou-se aumento na frequência de células CD200R+ em células polarizadas Mtb-GFP-positivos M1 (16%), enquanto a expressão CD163 foi reduzida em células M2(Figura 3B). O mapa de calor demonstra uma alta intensidade de expressão GFP nas células CD163+CD200R+ M2, mas também no subconjunto CD64+CD86+ M2 em comparação com os subconjuntos correspondentes das células M1(Figura 3B). No geral, a mudança de expressão dos respectivos marcadores M1 e M2 também é visualizada nos histogramas na Figura 3C. Além disso, as bactérias Mtb-GFP também foram visualizadas em células CD64+ M1 e em células CD163+ M2 por microscopia confocal, que suportava uma maior absorção intracelular e/ou crescimento de Mtb dentro de M2 em comparação com células M1(Figura 3D).
Para verificar os resultados da gating manual, aplicamos redução de dimensionalidade utilizando aproximação e projeção (UMAP) do Manual de Múltiplos. A análise de UMAP mostrou que a infecção por Mtb por 4 horas não foi suficiente para afetar a polarização dos macrófagos, em contraste com 24 horas de infecção, o que resultou em agrupamentos claramente separados de células M1 e M2 não infectadas e infectadas(Figura 4A). Macrófagos M1 não infectados apresentaram maior expressão de CD64, CD86, TLR2, HLA-DR e CCR7 em comparação com macrófagos M2, enquanto as células M2 não infectadas apresentaram uma forte regulação dos marcadores de fenótipo M2 CD163, CD200R, CD206 e CD80(Figura 4B,C). De acordo com a gating manual, a infecção por Mtb após 24 horas causou uma clara regulação do CD163, CD200R e CD206 em células M2 e regulação de CD86 e HLA-DR em células M1(Figura 4B,C),o que sugere que mtb pode modular a polarização do macrofago. A análise de fenogramas subsequentes(Figura 4D-F) identificou 24 diferentes aglomerados de diferentes tamanhos que foram distribuídos exclusivamente entre as células não infectadas por M1 e Mtb e Mtb como ilustrados nos gráficos UMAP(Figura 4D),gráficos de tortas(Figura 4E) e mapas de calor(Figura 4F). Ao todo, esses resultados mostram uma eficiência promissora deste protocolo para gerar células polarizadas M1 e M2 fenotipicamente e funcionalmente diversas in vitro que são ainda mais moduladas pela infecção por Mtb.

Figura 1: Ilustração esquemática da diferenciação in vitro e polarização das células derivadas do mielóide humano. (A) Células M0 (semelhantes a M2), M1 (classicamente ativadas) e M2 (alternativamente ativadas) são retratadas. Os monócitos obtidos de doadores de sangue saudáveis foram polarizados com diferentes citocinas como descrito no protocolo e infectados com a cepa de Mtb rotulada por GFP, H37Rv, por 4 horas antes da análise com citometria de fluxo de 10 cores. Células polarizadas em M1 normalmente contêm menos bactérias em comparação com células polarizadas por M2. (B) Imagens microscópicas de células M0, M1 e M2 totalmente polarizadas, não infectadas nas placas de 6 poços nos dias 7, e imagens representativas da diferenciação celular M1 dos monócitos nos dias 0, 3 e 7. A ampliação é de 20x (painel superior) e 10x (painel inferior). Observe que as células M1 são mais alongadas e esticadas em comparação com as células M0 e M2 mais arredondadas (painel superior). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Estratégia de gating de células diferencialmente polarizadas derivadas de mielóides. Gráficos de pontos representativos mostrando(A) Dispersão para a frente (FSC) e propriedades de dispersão lateral (SSC) de macrófagos M0 não infectados. O enredo FSC-A/FSC-H mostra gating manual de células únicas proporcionais para área e altura. O portão de celular ao vivo excluiu células positivas para Zombie-UV (corante de viabilidade). O Mtb intracelular foi detectado pela expressão GFP em células vivas observadas no canal FITC. (B) Gating de macrófagos M1 e (C) M2 mostrando gráficos de pontos FCS/SSC de ambas as células não infectadas e células infectadas por Mtb 4h e 24 h pós-infecção. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3: Eficácia do protocolo de polarização in vitro M1/M2. Gráficos de pontos representativos e gating quadrante mostrando frequências subconjuntas de células polarizadas M1 e M2 usando células manchadas de CD64 e CD86 (M1) ou CD163 e CD200R (M2) em (A)células não infectadas e(B)células manchadas infectadas por Mtb 4h após a infecção. As parcelas de pontos em (B) ilustra a intensidade de fluorescência da expressão GFP (mapa de calor) em macrófagos polarizados M1 e M2 obtidos de diferentes sub-portões. (C) A média geométrica da intensidade da fluorescência (FIM) é mostrada em histogramas de um doador representativo após 4h de infecção por Mtb. Os valores MFI em células M1 não infectadas (azul claro) e M2 (roxo claro) são apresentados no painel superior e as células M1 (azul profundo) e M2 (roxo profundo) são apresentadas no painel inferior. (D) São mostradas imagens confocal representativas de células polarizadas M1 e M2 infectadas por Mtb. As células M1 e M2 foram manchadas para a expressão CD64 e CD163, respectivamente, utilizando imunofluorescência. A coloração positiva da superfície é mostrada em bactérias intracelulares vermelhas e expressas por GFP é mostrada em verde. Os núcleos manchados de DAPI são mostrados na cor azul. Escala – 10 μm. A ampliação das imagens à direita é de 350x. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: Redução de dimensionalidade com Aproximação e Projeção Uniforme (UMAP) e análise de fenômenos de células M1 e M2 infectadas por Mtb. (A) UMAP, criado pela concatenação de 11000 células vivas de culturas células M1 e M2 não infectadas e infectadas por Mtb de dois doadores de sangue representativos, 4 h (gráficos esquerdos) ou 24 h (gráficos à direita) pós-infecção. O mapa de calor para expressão de GFP (painel inferior) indica células não infectadas e infectadas por Mtb. (B-C) MFI de marcadores expressos em células M1 e M2 infectadas por Mtb 24 h pós-infecção, mostrados como(B) mapa de calor ou(C) parcelas de barras. (D-F) A análise do fenógrafo identificou 24 clusters que estão distribuídos diferencialmente entre as culturas M1 e M2 não infectadas e infectadas por Mtb. Os clusters 8-13 são únicos em células M1 não infectadas, os clusters 1-7 são únicos em células M1 infectadas por Mtb, os clusters 20-24 são únicos em células M2 não infectadas e os clusters 14-19 são únicos em células M2 infectadas por Mtb. O MFI de cada marcador em cada cluster de fenógrafo é mostrado em(F). Os dados são apresentados como células M1 (azul claro) e M2 (roxo claro) e Mtb infectadas células M1 (azul profundo) e M2 (roxo profundo). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Tabela 1: Lista de anticorpos utilizados para citometria de fluxo.
| laser | filtro | Fluorochrome | fenótipo | função | clone | Catálogo nº. | companhia |
| 639 | 670/30 | AF647 | TLR2 | Receptor de reconhecimento de patógenos | TL2.1 | 309714 | Biolegend |
| 639 | 780/60 | APC-Cy7 | CD206 | Receptor de mann | 15-2 | 321120 | Biolegend |
| 405 | 610/20 | BV605 | CD163 | Receptor de catadores | GHI/61 | 333616 | Biolegend |
| 405 | 670/30 | BV650 | CD80 | Molécula co-estimulante | 2D10 | 305227 | Biolegend |
| 405 | 710/50 | BV711 | CCR7 | Receptor de quimioterapia | G043H7 | 353228 | Biolegend |
| 405 | 780/60 | BV785 | CD86 | Molécula co-estimulante | IT2.2 | 305442 | Biolegend |
| 488 | 530/30 | GFP | Mtb | Bactérias intracelulares | | | |
| 561 | 586/15 | Pe | CD200R | Receptor inibidor | OX-108 | 329306 | Biolegend |
| 561 | 620/14 | PE/DAZZLE 594 | CD64 | Receptor gama-I do IgG | 10.1 | 305032 | Biolegend |
| 561 | 661/20 | PE-Cy5 (PC5) | HLA-DR | Molécula classe II MHC | L243 | 307608 | Biolegend |
| 355 | 450/50 | BUV395 | Corante de viabilidade | Marcador de célula ao vivo/morto | UV zumbi | 423108 | Invitrogen |