$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Нейтрофилы являются очень динамичными и чувствительными клетками, которые недолговечны и еще не могут быть криоконсервированы, что затрудняет изучение их биологии. Поэтому необходимо соблюдать осторожные шаги для получения жизнеспособных, обогащенных и покоящихся нейтрофилов11,20. В этом исследовании использовалась техника изоляции на основе плотности, которая подчеркивает мягкие и минимальные манипуляции, а также использование низких температур до стадии активации. Кроме того, обработка крови должна происходить в течение 30 минут после венепункции и храниться при комнатной температуре. В настоящей работе представлен вариант уменьшения манипулятивного стресса и времени эксперимента. Чтобы еще больше упростить процесс, мы ввели новый шаг (как опцию) в протоколе, который включает в себя удаление эритроцитов путем мягкой ресуспензии и аспирации слоя эритроцитов после однократной процедуры гемолиза. Этот этап снижает манипуляционный стресс и время эксперимента, так как удаляет большинство эритроцитов с помощью всего одного шага гипотонического гемолиза. Однако следует отметить, что навыки оператора сильно влияют на эффективность этого шага, и он не всегда может полностью удалить эритроциты. Кроме того, аспирация эритрофилов может привести к потере нейтрофилов, но это не влияет на выход, так как при сборе ближе к слою эритрофилов из градиента изначально извлекалось больше нейтрофилов. Таким образом, аспирация эритроцитов рекомендуется, если анализы не требуют максимально возможной чистоты, или если оператор получил стабильно хорошие результаты. Для скрининговых тестов, представленных здесь, небольшое количество загрязняющих эритроцитов (<3%) не повлияет на результаты.
Для своевременного выполнения всех процедур, включая подготовку реагентов, представлен рабочий процесс (рис. 2), в котором подробно описаны сроки и распределение задач между двумя исследователями. После завершения всех функциональных анализов оставшиеся клетки могут быть подготовлены к дальнейшим молекулярным исследованиям, таким как омиксные исследования путем лизиса клеток с надлежащим лизисным буфером и хранением.
Производство АФК
Дыхательный взрыв является отличительной чертой прайминга и активации нейтрофилов18,21, а оценка продукции АФК является распространенным методом, используемым для оценки статуса активации нейтрофилов. В этом исследовании оценивали продукцию АФК с использованием двух подходов: оптической микроскопии и спектрофотометрии.
Тест NBT является хорошо известным подходом к оценке дыхательного взрыва в нейтрофилах22,23. Двумя наиболее часто используемыми методами являются анализы, основанные на оптической микроскопии (или предметном тесте) и спектрофотометрические анализы 24,25,26. Несмотря на то, что оптическая микроскопия позволяет визуализировать детали на клеточном уровне, она подвержена предвзятости пользователя. Таким образом, НБТ-тест служит качественным дополнением к спектрофотометрическому анализу в отношении фенотипических особенностей, таких как характер образования формазанов, интенсивность и агрегация клеток.
Критическими этапами как для НБТ, так и для спектрофотометрических тестов являются НБТ и формазан полная солюбилизация. Вопреки рекомендациям производителя, NBT плохо растворяется в воде. Тем не менее, гомогенизация НБТ в ДМСО в течение не менее 15 мин с последующим добавлением воды/HBSS и вихрянием в течение 2 мин обеспечивает полную солюбилизацию. Кроме того, для анализа абсорбции формазана необходимо выполнить два критических этапа: (1) высвобождение кристаллов формазана из клеток путем лизиса PMN и (2) полная солюбилизация кристаллов формазана. Оба этапа были достигнуты путем обработки клеточной гранулы 10% SDS, как недавно было предложено27, с последующим ультразвуковым анализом и анализом абсорбции надосадочной жидкости при 570 нм.
Кроме того, результаты НБТ в контрольных группах с отрицательным и положительным результатами являются первым этапом скрининга, который необходимо оценить. Этот шаг должен показать существенную разницу, поскольку оценка продукции АФК с помощью формазана показывает, мог ли процесс выделения быть ответственным за нежелательные изменения в состоянии покоя клеток путем стимуляции или ингибирования.
Для обнаружения АФК часто используются другие методы, такие как восстановление цитохрома с28 или анализ проточной цитометрии29; Однако, учитывая скрининговый подход, их применение требует более длительного времени эксперимента, использования специфических маркеров и дорогостоящих инструментов. Хемилюминесценция люминола/изолюминола является быстрым и экономически эффективным методом обнаружения АФК, а также позволяет дифференцировать внутри- и внеклеточные АФК. Однако для этого метода необходим люминометр30,31. Несмотря на то, что стоимость прибора может быть снижена за счет использования оборудования, он все равно будет непригоден для скринингового анализа, выполняемого одновременно с другими анализами.
Фагоцитоз
Инкубация ПМН/дрожжей дает обзор способности и эффективности фагоцитоза нейтрофилов путем подсчета числа нейтрофилов, осуществляющих фагоцитоз, и количества поглощенных дрожжей на одного нейтрофила. Однако, поскольку дрожжевая частица сама по себе является сигналом активации, сравнение контрольной группы с предварительно обработанной ПМН представляет собой двойную систему стимуляции, которая может не отображать существенных изменений, как показано в CTRL по сравнению с ПМН, обработанным fMLP (рис. 4). Тем не менее, этот анализ полезен для определения того, будет ли потенциальный модулятор оказывать какое-либо влияние на фагоцитоз. С помощью этого анализа был протестирован новый антимикробный пептид, и результаты указывают на интересную потенциальную реакцию на эту комбинацию стимулов, которая недавно обсуждалась как необходимая дляэффективной активации.
Критическим этапом для этого анализа является окрашивание, так как анализ становится недостоверным, если предметное стекло держать на паноптическом No 3 (гематоксилин) в течение ≥3 с. Это связано с тем, что дрожжевые клетки и ядерные доли нейтрофилов невозможно отличить друг от друга. Кроме того, такой подход позволяет проводить морфологический анализ нейтрофилов после воздействия модуляторов. Проточная цитометрия является еще одним эффективным методом анализа фагоцитоза33, хотя она имеет ограничения, связанные с трудностью различения мембранных и поглощенных частиц и других факторов, связанных с предлагаемым скрининговым набором, как обсуждалось в предыдущей теме. Такое же ограничение наблюдается и в методе, описанном в настоящем документе, хотя его следует рассматривать как первоначальный скрининг для руководства последующими исследованиями.
Миграция в режиме реального времени
Протокол скрининга в режиме реального времени был оптимизирован для оценки миграционных возможностей PMN. Несмотря на то, что предыдущее исследование показало, что покрытие нижней стороны пластины RTCA было необходимо для того, чтобы анализ миграции показал разницу между отрицательным контролем и обработкой IL-815, это исследование показало высокие значения доверительного интервала (CI) для клеток, обработанных fMLP, без добавления покрывающих агентов. Результаты показали высокую воспроизводимость со значительной миграцией, начиная с 12 мин. Кроме того, аппроксимация кривой полученных данных о миграции может выявить такие параметры, как максимум индекса ячейки, а также увеличение и уменьшение наклона, которые полезны для понимания динамики миграции и могут зависеть от концентрации или различаться между условиями. Кривые миграции нейтрофилов (рис. 5) лучше всего подходят к скорректированной функцииГомперца 34, показывающей, что fMLP увеличивает максимальный клеточный индекс и увеличивает наклон.
Особое внимание необходимо уделять предотвращению образования пузырьков в системе RTCA, так как они могут блокировать клетки, проходящие через электроды, что ставит под угрозу эксперимент. Ограничивающим фактором является высокая стоимость плит. Несмотря на то, что более дешевые методы анализируют миграцию клеток, они не обладают хорошей воспроизводимостью или являются сложными и трудоемкими, как, например, камера Бойдена35. Таким образом, RTCA является надежным миграционным анализом, совместимым с другими скрининговыми тестами, представленными здесь.
Сети
Наконец, с помощью оптической микроскопии был разработан многообещающий, простой и недорогой анализ для предварительной оценки образования НВЛ. Он был получен в результате наблюдения за слайдами фагоцитоза, в которых PMA, специфический НВЛ-индуцирующий стимул, протестированный на предмет его влияния на способность фагоцитоза, также индуцировал образование паутинообразной структуры по сравнению с группами CTRL и fMLP. В этой работе была выдвинута гипотеза о том, что эти структуры могут указывать на выпуск NET. Такая гипотеза была проверена путем обработки образцов ДНКазой I после активации, где нитевидных структур в нейтрофилах, активированных ПМА, обнаружено не было. Предположение о том, что такие структуры, вероятно, являются НВЛ, основано на том факте, что ПМА упоминается в качестве хорошо известного индуктора образования НВЛ36,37, обнаружении подобных структур методом флуоресцентной микроскопии с использованием специфических маркеров для НВЛ38,39 и деградации НВЛ, катализируемой ДНКазой I40,41. Важно подчеркнуть, что это не метод подтверждения образования НВЛ, а всего лишь предварительный скрининг, предполагающий наличие НВЛ. Несмотря на то, что этот тест имеет ограничения, поскольку НВЛ можно спутать с артефактами окрашивания, он служит важной цели, предлагая образование НВЛ при быстром и недорогом скрининге, который можно проводить вместе с другими функциональными тестами. После того, как НЭО могут быть обнаружены как имеющие отношение к проводимому скринингу исследованию, они могут быть дополнительно оценены с помощью конфокальной или электронной микроскопии42, как обсуждается ниже.
В нашей лаборатории новые антимикробные пептиды, также обладающие иммуномодулирующей активностью, часто оцениваются с помощью этого набора скрининговых анализов, чтобы лучше направлять дальнейший анализ влияния некоторых пептидов на нейтрофилы человека, поскольку некоторые из них демонстрируют интересные свойстваАФК-43, фагоцитоза, миграции и/или НВЛ-модуляции.
В заключение, NeutroFun Screen предлагает ценный инструмент для идентификации потенциальных модуляторов активности нейтрофилов нормальной плотности из большого количества непроверенных соединений. Однако важно отметить, что этот метод служит только предварительным скринингом. После этого первоначального скрининга более дорогие, продвинутые и трудоемкие методики могут быть направлены на конкретные функции или пути, предложенные этими первыми результатами, для проверки данных. Для продукции АФК, фагоцитоза и образования НВЛ существуют альтернативные методы валидации данных и получения дальнейших количественных результатов. Визуализация и количественная оценка НВЛ могут быть выполнены с помощью иммунофлуоресцентного микроскопического анализа, который определяет наличие и перекрытие внеклеточной ДНК и гранулярных белков, таких как миелопероксидаза и нейтрофильная эластаза, как подробно описано недавно42. АФК играют различную важнейшую роль во многих биологических процессах, и поэтому их изучение весьма широко и разнообразно. К числу наиболее устоявшихся методологий относятся методы, использующие антитела, такие как иммуноферментный анализ (ИФА) и иммуноблоттинг люминесценции, или флуоресцентное детектирование, например, проточная цитометрия клеток при различном мечении, с помощью DCFDA, ЭПР-спектроскопии и измерений ферментативной активности44. Аналогичным образом, надежная оценка фагоцитоза также проводится несколькими способами; Альтернативные методы включают только проточную цитометрию45,46 или комбинированную с флуоресцентной микроскопией47. Описанная миграция клеток в режиме реального времени является надежным и достаточным анализом, который не требует дальнейшей проверки и предоставляет параметры, которые не могут быть учтены другими методологиями. Другие комбинации таких методов могут лучше подходить для конкретных сценариев, но в целом это представляет собой быструю и доступную комбинацию, которая охватывает множество активностей нейтрофилов.
Таким образом, это исследование направлено на предоставление набора анализов, состоящего из простых, быстрых и недорогих методологий для оценки множественных реакций нейтрофилов на новые молекулы и условия, чтобы лучше направлять усилия на передовые методологии. В качестве основных ограничений результаты анализов АФК, НЭО и фагоцитоза следует считать предварительными и нуждаются в дальнейшей валидации с помощью более специфичных и сложных анализов, а те, которые полагаются на неавтоматизированный подсчет клеток под микроскопией, склонны к неосознанной предвзятости.