В настоящем исследовании описывается протокол мониторинга изменений в эндотелиальных клетках пупочной вены человека (HUVEC) во время вирусной инфекции с использованием системы клеточного анализа в реальном времени (RTCA).
Методическая статья
В настоящем исследовании описывается протокол мониторинга изменений в эндотелиальных клетках пупочной вены человека (HUVEC) во время вирусной инфекции с использованием системы клеточного анализа в реальном времени (RTCA).
Эндотелиальные клетки выстилают внутреннюю поверхность всех кровеносных и лимфатических сосудов, создавая полупроницаемый барьер, регулирующий обмен жидкости и растворенных веществ между кровью или лимфой и окружающими их тканями. Способность вируса преодолевать эндотелиальный барьер является важным механизмом, облегчающим распространение вируса в организме человека. Сообщается, что многие вирусы изменяют проницаемость эндотелия и/или вызывают нарушение барьера эндотелиальных клеток во время инфекции, что может вызвать утечку из сосудов. В настоящем исследовании описывается протокол клеточного анализа в режиме реального времени (RTCA), использующий коммерческий клеточный анализатор в режиме реального времени для мониторинга изменений целостности и проницаемости эндотелия эндотелия и проницаемости эндотелиальных клеток пупочной вены человека вирусом Зика (ZIKV). Сигналы импеданса, зарегистрированные до и после заражения ZIKV, были переведены в значения клеточного индекса (ДИ) и проанализированы. Протокол RTCA позволяет выявлять транзиторные эффекты в виде морфологических изменений клеток при вирусной инфекции. Этот анализ также может быть полезен для изучения изменений в сосудистой целостности HUVEC в других экспериментальных установках.
Эндотелиальные клетки (ЭК) выстилают внутреннюю поверхность всех кровеносных и лимфатических сосудов. Они соединены между собой плотными щелевыми соединениями, создающими полупроницаемый барьер между кровью или лимфой и окружающими тканями 1,2. Интактные эндотелиальные межклеточные соединения имеют решающее значение для регуляции транспорта макромолекул, растворенных веществ и жидкостей, имеют решающее значение для физиологической деятельности соответствующих тканей и органов3. Эндотелиальный барьер динамичен и модулируется специфическими стимулами4. Нарушение или потеря барьерной функции эндотелия является отличительной чертой патофизиологии заболевания при остром и хроническом воспалении в патогенезе многих заболеваний 5,6,7, в том числе вирусной инфекции 8,9,10,11. Для флавивирусов было обнаружено, что неструктурный белок NS1 может изменять проницаемость эндотелия, например, через нарушение эндотелиального гликокаликс-подобного слоя в результате увеличения экспрессии и активации катепсина L, сиалидаз и эндогликозидазыгепариназы 9. В болезненном состоянии нарушается целостность монослоя эндотелия и нарушаются межклеточные соединения, что может привести к повреждению и дисфункции эндотелия12 и, в конечном итоге, к распространенным патологическим проявлениям во многих системах органов13,14. Вирусная инфекция ЭК приводит к изменениям в клеточных сигнальных путях и профиле экспрессии клеточных генов, что может влиять на барьерные функции жидкости, вызывать нарушение ЭК и индуцировать сосудистую утечку10,15. Было обнаружено, что инфицирование ЭК вирусом Зика (ZIKV) нарушает целостность соединений, что вызывает изменения проницаемости сосудов и приводит к дисфункции эндотелиального барьера, что приводит к утечке сосудов10,15. Исследования показали, что ZIKV связан с тяжелыми врожденными дефектами; Однако не так много известно о точном механизме, с помощью которого это происходит16,17. Поэтому понимание изменений эндотелиального барьера во время инфекции имеет решающее значение для понимания механизма заболевания.
В настоящее время ЭК используются в качестве важной экспериментальной системы моделирования сосудов in vitro для различных физиологических и патологических процессов 18,19,20,21. Эндотелиальные клетки пупочной вены человека (HUVEC) широко используются в качестве первичной, неиммортализированной клеточной системы для изучения эндотелия сосудов и сосудистой биологии in vitro 22,23,24,25. HUVEC были впервые выделены для культивирования in vitro в начале 1970-х годов из пуповинной вены пуповины человека26. HUVEC имеют морфологию, похожую на булыжник, которую легко заставить размножаться в лаборатории. Из-за напряжения сдвига после длительного поддержания в состоянии слияния наблюдается удлинение формы ячейки. HUVEC можно охарактеризовать наличием телец Вейбеля и Палада (WPB), пиноцитарных везикул, небольшого количества фибрилл, расположенных вблизи ядра, митохондрий трубчатой формы, которые редко имеют разветвления, эллипсоидного ядра с мелким зернистым рисунком конденсированного хроматина и от одного до трех ядрышек, присутствующих в каждом ядре27. Несмотря на то, что HUVEC обладают многочисленными морфологическими характеристиками, идентификация HUVEC не может быть достигнута только с помощью оптического исследования. Такие анализы, как иммунофлуоресцентное окрашивание эндотелия сосудов (VE)-кадгерина, обычно используются для мониторинга целостности сосудов в HUVEC 28,29,30,31.
В этом исследовании описывается протокол клеточного анализа в реальном времени (RTCA) инфекции HUVEC. В системе RTCA используются специализированные пластины с золотым напылением, содержащие микроэлектроды, которые обеспечивают токопроводящую поверхность для крепления ячейки. Когда ячейки прикрепляются к поверхности микроэлектрода, образуется барьер, препятствующий прохождению электронов через микроэлектроды. Измерение импеданса, генерируемого микроэлектродами, может быть использовано для получения информации о некоторых клеточных процессах, включая прикрепление клеток, пролиферацию и миграцию32. Представленный анализ представляет собой клеточный анализ на основе импеданса, который в сочетании с клеточным анализатором в режиме реального времени обеспечивает непрерывное измерение пролиферации живых клеток, морфологических изменений (таких как уменьшение клеток) и качества прикрепления клеток неинвазивным и безметочным способом. В данном исследовании клеточный анализатор в режиме реального времени используется для мониторинга целостности эндотелия и морфологических изменений HUVEC при инфицировании вирусом ZIKV. Вкратце, прибор измеряет поток электронов, передаваемых в специализированных микротитровых планшетах с покрытием из микроэлектродов золота в присутствии питательной среды (электропроводящего раствора). Адгезия клеток или изменения в количестве и морфологии клеток нарушают поток электронов и вызывают изменения импеданса, которые могут быть зафиксированы прибором (дополнительный рисунок 1). Разница между ростом, пролиферацией и приверженностью к HUVEC до и после заражения ZIKV регистрируется в режиме реального времени с помощью сигнала электрического импеданса, а затем переводится в значение клеточного индекса (CI). Значение КЕ, полученное до заражения, используется в качестве базового уровня для нормализации значений КЕ. Изменения значений ДИ отражают морфологические изменения клеток или потерю клеточной адгезии при инфицировании33. Результаты исследования показывают, что протокол RTCA позволяет выявлять транзиторные эффекты или морфологические изменения клеток во время вирусной инфекции по сравнению с анализом конечной точки, таким как иммунофлуоресцентное окрашивание VE-кадгерина. Метод RTCA может быть полезен для анализа изменений целостности сосудов HUVEC при заражении другими вирусами.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка клеток
2. Постановка эксперимента RTCA
3. Вирусная инфекция в HUVEC
4. Анализ и экспорт данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
До инфицирования вирусом ZIKV КИ, зарегистрированный для монослоя HUVEC, культивируемого на специализированной микротитровой пластине, покрытой золотом и микроэлектродом, был выше 8, что свидетельствует о сильных адгезионных свойствах. Планшеты или лунки с индексом CI менее 8 должны быть отброшены. Затем HUVEC инфицировали ZIKV при MOI 0,1 и 1, и клеточный импеданс регистрировали в течение 7 дней. Значение ДИ HUVEC, инфицированных ZIKV P6-740 при MOI 0,1 (светло-голубая линия), начало снижаться через 15 ч после заражения...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Цитозидная вирусная инфекция в пермиссивных клетках обычно ассоциируется со значительными изменениями в морфологии и биосинтезе клеток36. Вызванные вирусом клеточные морфологические изменения, такие как уменьшение клеток, увеличение клеток и/или образование синцитии, также известны как цитопатические эффекты (CPE), характерные для некоторых вирусных инфекций37. При ЭК ЦПД описывался как разрушение клеток и разрушение плотных соединений между каждым ЭК, что приводит к разруш...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.
Это исследование получило поддержку Министерства высшего образования Малайзии в рамках программы Центра передового опыта высших учебных заведений (HICoE) (MO002-2019) и финансирование в рамках Схемы долгосрочных исследовательских грантов (LRGS MRUN Phase 1: LRGS MRUN/F1/01/2018).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Микроцентрифужная пробирка объемом 1,5 мл | Nest | 615601 | |
| 37 градусов; C инкубатор с 5% CO2 | Sanyo | MCO-18AIC | |
| 75 см<суп>2 колба для культуры тканей | Corning | 430725U | |
| Раствор антибиотика пенициллин-стрептомицин (P/S) | Sciencell | 0503 | |
| Шкаф биологической безопасности, класс II | Holten | HB2448 | |
| Коллаген тип 1 | SIgma-Aldrich | C3867 | |
| Добавка для роста эндотелиальных клеток (ECGS) | Sciencell | 1052 | |
| Среда эндотелиальных клеток (ECM) | Sciencell | 1001 | |
| E-plate 96 | Agilent Technologies, Inc. | ||
| Фетальная бычья сыворотка (FBS) | Sciencell | 0025 | |
| Сбалансированный раствор соли Хэнкса (HBSS) | Гемоцитометр Sigma-Aldrich | H9394 | |
| Laboroptik LTD | Neubauer улучшенные | ||
| эндотелиальные клетки пупочных вен человека (HUVECs) | Инвертированный | 8000 | |
| ZEISS | TELAVAL 31 | ||
| Latitude 3520 Ноутбук | Dell | - | |
| Многоканальная микропипетка (10 - 100 & микро; L) | Eppendorf | 3125000036 | |
| (30–300 &; L) | Eppendorf | 3125000052 | |
| Tarsons | T38-524090 | ||
| RTCA резисторная пластина 96 | Agilent Technologies, Inc. | ||
| RTCA Software Pro (версия 2.6.1) | Agilent Technologies, Inc. | ||
| Одноканальные пипетки (10 - 100 & микро; L) | Eppendorf | 3123000047 | |
| Одноканальные дозаторы (100 - 1000 &; L) | Одноканальные дозаторы Eppendorf | 3123000063 | |
| (20–200 &; L) | Eppendorf | 3123000055 | |
| xCELLigence Клеточный анализатор реального времени SP (модель: W380) | Agilent Technologies, Inc. | 00380601030 | https://www.agilent.com/en/product/cell-analysis/real-time-cell-analysis/rtca-analyzers/xcelligence-rtca-sp-single-plate-741232 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение