Este protocolo descreve a coleta e preservação de amostras de sangue de pacientes neonatais e pediátricos e a aplicação de scRNA-seq, proteômica e citometria de fluxo espectral para caracterizar as populações de células imunes dessas amostras.
Artigo de método
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Este protocolo descreve a coleta e preservação de amostras de sangue de pacientes neonatais e pediátricos e a aplicação de scRNA-seq, proteômica e citometria de fluxo espectral para caracterizar as populações de células imunes dessas amostras.
Ao nascer, o sistema imunológico neonatal é abruptamente confrontado com um ambiente radicalmente diferente, rico em estímulos microbianos e ambientais. Evidências crescentes sugerem que a imunidade na infância não é apenas imatura, mas sim adaptada de forma única para atender às demandas distintas dessa janela de desenvolvimento. Durante esse período, o sistema imunológico é altamente dinâmico, passando por rápidas mudanças para acomodar a paisagem externa em constante mudança. Compreender esse cenário imunológico complexo e em evolução requer estudo direto em recém-nascidos. No entanto, uma limitação importante nessas investigações é o baixo volume sanguíneo total em recém-nascidos (~100 mL/kg), que restringe a quantidade que pode ser coletada com segurança para pesquisas, especialmente em peso extremamente baixo ao nascer (ELBW) ou em bebês extremamente prematuros. Em nosso trabalho recente, abordamos essa limitação demonstrando como o perfil imunológico de alta dimensão pode ser realizado usando volumes minúsculos de sangue neonatal. Introduzimos um conjunto de protocolos otimizados para amostragem longitudinal ao longo da vida inicial e aplicamos técnicas avançadas, incluindo citometria de fluxo, proteômica e sequenciamento de RNA de célula única, para maximizar a informação obtida a partir de entrada mínima. Juntos, esses métodos possibilitam uma visão abrangente das assinaturas transcriptômicas e proteômicas das células imunes circulantes em neonatos, oferecendo novos insights sobre a trajetória única da imunidade na vida inicial.
Este protocolo é otimizado para amostras de sangue de 100 a 250 μL processadas dentro de 12 horas após a coleta, seja criopreservadas ou usadas imediatamente. Ao nascer, o sistema imunológico neonatal é lançado para um ambiente radicalmente diferente, enriquecido com estímulos microbianos e ambientais que antes estavam ausentes no ambiente intrauterinoprotegido 1,2. Essa mudança exige que o sistema imunológico se adapte e responda a uma vasta gama de novos antígenos, um processo essencial para a sobrevivência, mas que também apresenta desafiossignificativos 1,2. Evidências crescentes sugerem que a imunidade na infância não é simplesmente imatura ou uma versão miniatura do sistema imunológico adulto. Em vez disso, é especialmente adaptado para atender às necessidades específicas deste período crítico de desenvolvimento 3,4. Durante essa janela neonatal, os componentes celulares do sistema imunológico, incluindo vários tipos de células T, células B e células mieloides, amadurecem e desenvolvem características e funções únicas específicas da vidainicial 5,6,7,8. Apesar de sua importância, a imunidade neonatal continua difícil de estudar diretamente devido a restrições éticas e práticas. Uma limitação importante é o baixo volume sanguíneo em recém-nascidos, com média de ~100 mL/kg 9,10. Esse desafio se torna ainda mais evidente ao coletar sangue de bebês extremamente prematuros (nascidos antes das 30 semanas de gestação) e bebês ELBW, que podem pesar apenas 400 g com apenas 40 mL de sangue circulante. Isso restringe a quantidade de sangue que pode ser coletada com segurança, ressaltando a necessidade de abordagens que maximizem a produção de dados a partir de amostras mínimas. Para enfrentar esse desafio, nosso trabalho demonstra protocolos otimizados para o perfilamento imunológico de alta dimensão usando volumes sanguíneos mínimos (100-250 μL), como os obtidos de bebês ELBW.
Avanços recentes na coleta e processamento de sangue permitiram o estudo das respostas imunes em populações onde a aquisição de amostras é tradicionalmente difícil. Dispositivos de microagulha, como os sistemas Tasso e Touch Activated Phleboty, foram inicialmente desenvolvidos para coleta de sangue conveniente em casa em adultos. Desde então, eles foram adaptados para uso em bebês, permitindo que cuidadores primários e equipes clínicas coletem amostras com desconforto mínimo. Além disso, podem ser usados em casa sem o estresse de visitas clínicasrepetidas, facilitando a adesão e a acessibilidade. Um microtubo de ácido etilenediaminetetraacético (EDTA) deve ser usado com o dispositivo e enviado durante a noite ao laboratório, seguindo os protocolos adequados de risco biológico. Na manhã seguinte, quando as amostras chegarem, elas devem ser processadas usando métodos de lise de glóbulos vermelhos (RBC) para capturar células imunescirculantes 6. Vale notar que os tubos EDTA permitem o isolamento de células vivas, mas considerações de tempo são importantes. Para ensaios funcionais com estimulação, as amostras devem ser processadas em menos de 4 horas e, idealmente, em menos de 2 horas após a coleta. Para os ensaios fenotípicos não funcionais apresentados abaixo, as amostras devem ser processadas em até 12 horas para permitir o envio durante a noite, garantindo a recuperação, à medida que a viabilidade celular diminui ao longo dotempo 12. Comparada à separação tradicional por gradiente de densidade com Ficoll, a lise é mais rápida, menos intensiva em mão de obra e proporciona maior recuperação13. No entanto, o isolamento celular mononuclear do sangue periférico por lise pode deixar granulócitos contaminantes, reduzindo a pureza, mas pode ser vantajoso para estudos interessados nesses tiposcelulares 14. Esses trade-offs destacam como adaptações metodológicas equilibram viabilidade e precisão ao estudar amostras clínicas raras ou sensíveis, como as de neonatos. O manuseio a jusante de células isoladas também se beneficiou de refinamentos metodológicos. A criopreservação com soro fetal bovino (FBS) e dimetil sulfóxido (DMSO) continua sendo uma abordagem robusta para células imunes, especialmente no sangue fetal e neonatal, onde a viabilidade e recuperação celular são críticas. Além de otimizar o processo de coleta de sangue, também adotamos técnicas posteriores que permitem a extração máxima de informações de pequenos volumes de amostras. Introduzimos um conjunto de protocolos otimizados que facilitam a amostragem ao longo da vida inicial, possibilitando um exame detalhado da dinâmica imunológica ao longo do tempo. Nossa abordagem utiliza técnicas avançadas como citometria de fluxo espectral, proteômica e sequenciamento de RNA de célula única, que juntos oferecem uma visão incomparável das assinaturas proteômicas e transcricionais das células imunes circulantes na infância. Além disso, a citometria de fluxo espectral oferece oportunidades para obter insights funcionais com entrada celular mínima.
Ao longo dos anos, várias técnicas, como hemogramas completos (hemogramas), foram usadas para analisar células imunes derivadas dosangue 15, enquanto outras analisaram razões de células imunes em amostras neonatais de sangue total usando metilaçãode DNA 16,17. Embora essas técnicas tenham sido úteis para aprender as proporções das células imunes conhecidas, ainda existem limitações em nossa capacidade de obter insights aprofundados sobre células sem um sistema multi-ômico. Os hemogramas fornecem apenas medidas amplas dos principais tipos de células sanguíneas, tornando-as úteis para estabelecer o status imunológico geral em um ambiente clínico, mas limitadas em sua capacidade de resolver subtipos ou estados funcionais. Mais recentemente, estudos começaram a abordar essa limitação empregando mudanças transcriptômicas e metabolômicas derivadas do plasma em bebês já na primeira semana devida 18. A proteômica baseada em espectrometria de massa foi adaptada para estudar perfis imunes em amostrasneonatais 19. Essa abordagem é poderosa para medir uma ampla gama de proteínas de forma imparcial e para identificar potenciais biomarcadores. No entanto, limitações importantes incluem a necessidade de uma entrada relativamente grande de proteínas e a falta de informações diretas sobre a identidade celular, apesar de capturar proteínas solúveis e insolúveis. O ensaio de proteômica multiplex direcionada (TMPA) oferece alternativas para amostras de baixa entrada. Esses métodos utilizam detecção direcionada baseada em anticorpos, proporcionando perfil de alta sensibilidade para amostras com material limitado. Um deles, em particular, tem sido usado para acompanhar longitudinalmente trajetórias de desenvolvimento imunológico na infânciainicial 20.
A citometria de fluxo permite a análise quantitativa das proteínas das células imunes no nível de célula única, passando células marcadas fluorescentemente por um feixe de laser focado e medindo a dispersão da luz e os sinais de fluorescência resultantes. Nessa técnica, anticorpos marcados com fluorescência se ligam a proteínas específicas de superfície ou intracelulares. Isso permite a detecção e quantificação simultâneas de múltiplos subtipos de células imunes e suas características definidoras com base em seus perfis de fluorescência. A citometria de fluxo espectral amplia essa abordagem ao capturar todo o espectro de emissão de cada fluorocromo, permitindo a desmistura espectral precisa e a detecção simultânea de mais de 35 marcadores em um únicoensaio 21,22,23. Isso permite a análise de muito mais marcadores do que os painéis convencionais de citometria de fluxo, que são limitados a ~8-12 marcadores. Complementando essas técnicas citométricas, o sequenciamento de RNA unicelular (scRNA-seq) transformou os estudos imunológicos ao permitir um perfil transcriptômico de alta resolução e imparcial a partir de material de entradamínimo 24. Apesar dos custos maiores e da dependência da viabilidade celular, o scRNA-seq oferece insights incomparáveis sobre a heterogeneidade imune na infância em comparação com o sequenciamento em massa. Coletivamente, esses avanços demonstram como inovações em coleta, preservação e análise estão sendo adaptadas para superar os desafios únicos do estudo da imunidade fetal e neonatal.
Esse protocolo foi otimizado para a análise de células imunes periféricas criopreservadas isoladas por lise serial de glóbulos vermelhos. Pesquisadores devem considerar esse protocolo se seus estudos exigirem perfilamento imunológico de alta resolução a partir de pequenos volumes de sangue (100-500 μL), especialmente quando a análise longitudinal é crítica. O método é amplamente aplicável tanto a neonatos a termo quanto a prematuros e é compatível com uma ampla gama de análises posteriores, tornando-o adequado para diversas questões de pesquisa em imunologia neonatal e pediátrica.
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O consentimento informado dos pais e o total cumprimento das regulamentações éticas nacionais relevantes foram garantidos de acordo com o Conselho de Revisão Institucional (IRB) da Universidade de Yale. Conforme especificado no protocolo aprovado do IRB, os pais foram contatados pela equipe de pesquisa durante a primeira semana após o nascimento do bebê para obter consentimento antes do alastro. Nenhum procedimento de estudo envolvendo materiais derivados do ser humano começou antes da aprovação ética documentada.
1. Coleta, processamento e armazenamento de amostras (Figura 1)
2. TMPA a partir de manchas de sangue seco (DBS) (Figura 2)
3. Citometria de fluxo espectral do sangue lisado por glóbulos vermelhos (Figura 3)
4. scRNA-seq de sangue lisado por glóbulos vermelhos (Figura 4)
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Coletamos cartões DBS de 10 bebês extremamente prematuros em três momentos: 1 semana (n = 12), 1 mês (n = 7) e 2 meses (n = 3) para análise proteômicade TMPA 6 (Figura 2A). Essas amostras foram analisadas juntamente com sangue do cordão infantil a termo (TCB; n = 4) e sangue adulto saudável (AB; n = 5). A expressão proteica normalizada (NPX) de 92 proteínas relacionadas ao sistema imunocelular foi quantificada usando a plataforma TMPA...
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Obter dados imunológicos de alta qualidade a partir de volumes mínimos de sangue neonatal e infantil requer adaptações metodológicas ao longo de múltiplas etapas. Neste protocolo, descrevemos quatro estratégias complementares: (i) coleta de sangue otimizada e criopreservação para preservar células viáveis para uso posterior, (ii) aplicação da citometria de fluxo espectral para imunofenotipagem multiparamétrica, (iii) scRNA-seq para resolver heterogeneidade imune em alta resolução, e (iv)...
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Os autores declaram que não têm conflitos de interesse.
Agradecemos às seguintes instalações centrais em Yale: núcleo de Citometria de Fluxo de Yale; Centro de Análise Genomática de Yale. Agradecemos ao Centro de Investigação Clínica de Yale, ao Escritório de Desenvolvimento de Médicos-Cientistas e Cientistas de Yale, e ao Programa de Desenvolvimento de Cientistas de Cuidados Críticos e Trauma Pediátricos/NICHD. Estudos de respirometria foram realizados pelo Chemical Metabolism Core da Universidade de Yale. Este trabalho foi financiado por bolsas para: P01 AI179570 (L.K.), R01AI171980 (L.K.), R01DK129552 (L.K.), R01HL163043 (L.K.), Cystic Fibrosis Foundation (L.K.); K08 AI177743 (N.N.B.), Prêmio Hartwell (N.N.B.); K08DK133687 (O.O.), Faculdade de Medicina de Yale, Departamento de Pediatria (O.O.); R01AI123204 (C.R.O). O conteúdo é exclusivamente da responsabilidade dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais dos Institutos Nacionais de Saúde. A Figura 1 foi criada no BioRender. Gawon, K. (2025) https://BioRender.com/7embw10.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 0,5 M EDTA, pH 8,0 | Thermo Fisher Scientific | 15575-038 | |
| 1x Buffer de Lise de Glóbulos vermelhos | Invitrogen | 3177165 | |
| Kit de Ensaio de Proteína BCA & nbsp; | Abcam | ab287853 | |
| BD Microtainer MAP Microtube | Fisher Scientific & nbsp; | 22-253-270 | |
| Bel-Art Cryo-Safe -1° C Controlador de Congelamento | Millipore Sigma | 41122800 | |
| Albumina Sérica Bovina (BSA) | Sigma-Aldrich | A9647-100G | |
| Brilliant Ultra Violet 496 Anti-Humano CD3 | Thermo Fisher Scientific | 364-0038-42 | |
| Brilliant Ultra Violet 661 anti-humano CD11c | BD BioCiências | 612968 | |
| Brilliant Vil750 Anti-Humano CD14 | BioLegend | 367135 | |
| Brilliant Violet 570 Anti-Humano CD8a | BioLegend | 301038 | |
| Brilliant Violet 711 Anti-Humano CD56 | BioLegend | 318336 | |
| cOmplete, Mini, Coquetel Inibidor de Protease Livre de EDTA | Millipore Sigma | 11836170001 | |
| Kit de Remoção de Células Mortas | Miltenyi Biotec | 130-090-101 | |
| Dimetil Sulfóxido (DMSO) | Thermo Fisher Scientific | BP231-100 | |
| Dulbecco' s Soro salino tamponado com fosfato (DPBS), sem cálcio, sem magnésio | Thermo Fisher Scientific | 14190144 | |
| Soro Fetal Bovino (FBS) | Gibco | A5256801 | |
| Misturador Digital de Vórtices Fisherbrand & nbsp; | Thermo Fisher Scientific | 02215418 | |
| Buffer de Fixação | BioLegend | 420801 | |
| Suplemento GlutaMAX | Gibco | 35050061 | |
| MACS MultiStand | Miltenyi Biotec | 130-042-303 | |
| Colunas MS | Miltenyi Biotec | 130-042-201 | |
| Nome | Empresa | Número do Catálogo | |
| Separador OctoMACS | Miltenyi Biotec | 130-042-109 | |
| Azul do Pacífico Anti-Humano CD4 & nbsp; | BioLegend | 344619 | |
| Penicilina-Estreptomicina (10.000 U/mL) | Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
| RB780 Anti-Humano CD33 | BD em Biociências | 755606 | |
| Rierdge 3mm Metal Puncher | Rierdge | SDD231031pc-01 | |
| RPMI 1640 Médio | Gibco | 11875-093 | |
| Spark UV 387 Anti-Human CD19 | BioLegend | 302289 | |
| Kits da Coleção Tasso | Tasso | N/A | |
| Microtubos de Tampa de Rosca Thermo Scientific | Thermo Fisher Scientific | 14-755-287 | |
| Whatman 309 Proteína | Cytiva & nbsp; | 41111700 | |
| Kit de Viabilidade Corrigível do Zombie NIR | BioLegend | 423105 | |
| Software e pacotes | |||
| Adobe Illustrator | 2024 | ||
| bbknn | 1.5.1 | ||
| FlowJo | 10.8.1 | ||
| GraphPad Prisma | 9.4.0 | ||
| Nome | Versão | ||
| Scanpy | 1.9.1 | ||
| Srublet | 0.2.3 | ||
| ensaios comerciais | |||
| Célula Única de Crômio 5' Uniforme | Genômica 10X | PN-1000263 | |
| Olink Painel inflamatório Reveal ou Target 96 | Olink | https://olink.com/products/olink-target-96 |
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