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Immunology and Infection

从结膜分离和表型细胞的非侵入性方式

doi: 10.3791/55591 Published: July 5, 2017

Summary

暴露的正常眼表由角膜和结膜组成。上皮细胞,杯状细胞和免疫细胞存在于结膜中。这里,使用印模细胞学装置和流式细胞术来描述印象细胞学的非侵入性技术来分析结膜中的免疫细胞。

Abstract

传统上,用诸如刮铲技术和刷技术的技术来研究眼表细胞学。这些技术的问题在于,它们可以在眼睛表面上诱发创伤性损伤,这可能发展成瘢痕,眼睑畸形,角膜缘干细胞缺乏,并且在某些情况下,对受试者造成极大的不适。为了避免这些临床问题,开发了印象细胞学(IC)以诊断干眼病和后期肿瘤,特应性疾病,春季角膜结膜炎和角结膜炎。通常,临床医生手动将滤纸切割成所需的形状并将其应用于眼表面。在这里,我们描述如何使用市售的医疗设备来执行IC。这里解释了这种技术,然后通过流式细胞术进行免疫表型分析。这种技术需要较少的手动处理,并减少对眼表的伤害。

Introduction

印度细胞学(IC)于1977年由Thatcher等人 1首先进行他们使用塑料印版光盘从患者收集结膜细胞,而不是当时可用的其他技术,如刮擦,擦拭或移液1 。目前的IC技术使用吸收性滤纸2印刷延髓和睑结膜并收集最表层的结膜细胞。这些细胞已达到分化的最后阶段,不断流下眼泪3 。在IC标本中发现三种主要的细胞群:上皮细胞4 ,杯状细胞3,5和粘膜相关淋巴组织viz上皮相关的效应T细胞或树突状细胞6 。 IC中的眼表细胞可以通过显微镜,免疫印迹和逆转录酶聚合酶链反应(RT-PCR)进行分析。流式细胞术最近被用来分析刮擦IC膜8所收集的免疫细胞。有趣的是,IC6,9已被用于评估许多眼表疾病,包括角结膜炎西卡,维生素A缺乏症,瘢痕性类天疱疮,特应性疾病,上限角膜结膜炎,春季角膜结膜炎和上皮鳞状上皮化生。 IC还被用于评估在纵向研究10,11,12中佩戴隐形眼镜,检测眼表面微生物以及治疗干预措施的疗效和耐受性的影响。

医疗设备(EyePrim)由一种聚合物支持已经使用流式细胞仪(OSIC-flow)先前验证了用于眼部印象细胞学技术的醚砜(PES)0.2μm膜,并且开辟了使用纵向采样来监测疾病进展和对治疗反应的机会( 例如详细上皮细胞白细胞的分析被定义为粘膜性天疱疮进行性结膜纤维化的推定性疾病标志物。早期研究人员使用需要人工印象的高压灭菌PES过滤器。因此,产量是可变的和用户依赖的。该医疗设备的优点是易于使用,标准化压力(Pa或N / m 2 ),并且具有重复性,可重复性和一致的细胞恢复。这种技术在门诊诊所中非常有用,因为它是非手术的,易于执行的和快速的。这是根据指令93/42 / CEE,CE 0499(SNCH)的I类(无菌)医疗器械。它只需要在手术过程中的局部麻醉,确保维持眼表的完整性。在IC后,可以立即对细胞进行流式细胞术处理。此外,可以对非眼科技术人员和护士进行训练以对眼表进行采样。

尽管IC与其他技术有所改进,但仍然存在若干挑战。例如,取决于IC的位置,取样面积和球形结膜的区域差异可能会有变化。变化的另一个来源是由于IC中应用了不同的压力。其他方法问题涉及细胞处理的标准化:这些涉及持续时间和固定方法以及可能存储的条件,这可能影响采样材料的稳定性。

该技术的总体目标是开发一种隔离眼睛印象样本的方法t易于使用,非侵入性,可应用于临床样品的免疫学表征。

Protocol

本研究中使用的所有眼部样品均由新加坡国家眼科中心的眼科诊所收集,由SingHealth集中制审查委员会和新加坡南洋理工大学机构审查委员会批准。

注意:受试者进行临床测试以评估炎症的程度和IC执行前泪液功能障碍的严重程度。临床试验包括用诊断仪器评估的非侵入性撕裂破裂时间(NI-TBUT) 14和结膜发红(充血) 15,16 ,Schirmer测试17 ,眼睛干燥的标准患者评估(SPEED)问卷18和角膜染色19

IC收集眼睛样本

  1. 确定临床状态后,麻醉通过施用1-2滴的局部麻醉,盐酸普拉卡因,上肢结膜和下穹窿,参与者的眼睛。等待4 - 5分钟,麻醉剂的刺痛感消失。
  2. 从两个印象细胞学装置收集来自鼻和颞结节结膜的样品。
    注意:一个设备用于收集两个印象样本。在这里,使用两个装置来收集四个印模膜。
    1. 将印象细胞学装置切向地置于结膜上。轻轻按下按钮,按住2 - 3秒。
      注意:设备附带膜。按下按钮后自动释放压力。释放压力只需几秒钟就可以移除设备。
  3. 将膜放入含有1mL培养基的微量离心管(Roswell Park Memorial Institute培养基(RPMI)+ 10%胎牛血清(FBS)+ 1%青霉素 - 链霉素(Pen Strep))。
  4. 通过用10μL移液管尖端连续刮擦约1分钟,将细胞从装置的膜上分离出来。
    注意:当膜的表面变得不均匀时,刮擦完成。来自每个膜的细胞数量是可变的(100-500个细胞/膜)。在收集的2 - 3 h内处理样品。

2.流式细胞仪免疫分型细胞

  1. 在室温下将细胞以400xg离心5分钟以除去培养基。用50μL流式细胞仪染色缓冲液(磷酸盐缓冲盐水(PBS)+ 0.05%牛血清白蛋白(BSA))重悬细胞沉淀。
  2. 具有一组抗体的染色细胞( 例如 ,CD3亮紫(BV)510(UCHT1),CD4别藻蓝蛋白-H7(APC-H7)(SK3),CCR7藻红蛋白(PE)-A,CD45RO PE-花青素7(PE- Cy7)-A,活/死细胞标记7-ADD)在室温下20-30分钟黑暗。根据制造商的方案直接从库存中使用抗体。
    注意:对于抗体浓度,使用2.5μLCD3-BV510,1.25μLCD4-APC-H7,CD45RO-PE-Cy7,7-AAD和10μLCCR7-PE。使用外周血单核细胞(PBMCs)滴定不同浓度的抗体。对于滴定,采取制造商的方案中提及的抗体浓度,并使用推荐浓度的一半和四分之一。使用最低浓度的抗体避免溢出到其他荧光染料通道。用所提及的抗体浓度观察到清除信号。补偿是通过首先根据Williams 等人提到的方案测试PBMC进行的。 20对于测试,将PBMC与本文使用的相同抗体组合孵育,并通过比较单次和多次抗体染色来补偿。
  3. 孵化周期后od,向管中加入1mL染色缓冲液,充分混合,并在室温下以450xg离心5分钟。将细胞悬浮于200μL染色缓冲液中。
  4. 在流式细胞仪上运行样品。
    1. 在获取数据之前,请使用细胞仪设置和跟踪(CS&T)珠校准流式细胞仪通道电压,以按照制造商的说明在不同日期对数据采集进行归一化。
      1. 打开流式细胞仪数据采集软件,点击“设置&QC”按钮,选择正确的CS&T珠批号,加载珠,然后点击“开始”按钮。
    2. 在将样品加载到机器前,轻轻敲打管,重悬细胞。打开数据采集软件,点击“预览”。当阈值稳定时,单击“获取”。监控样品级别,当样品用尽时点击“停止”。
      注意:每个样品获取10,000个事件。 获取10,000个事件后,在工作表中生成SSC-A和FSC-A点图。
      1. 单击“多边形门”按钮,在FSC-A值> 5 x 10 4的所有事件上绘制一个门(这是P1),以排除碎片。点击“创建点图”按钮生成一个新的点图,右键点击斑点,选择“属性”打开“绘图编辑器”窗口,然后选择“P1”。点击P1点图的x轴上的FSC-A,将其更改为CD3-BV510。画一个“多边形门”来选择CD3 +群体并命名为“P2”。
      2. 点击“创建点图”按钮生成一个新的点图,右键点击斑点斑点,选择“属性”打开“绘图编辑器”窗口。点击P2点图的x轴上的FSC-A,将其更改为7-AAD。为7-AAD -人口绘制“多边形门”,并选择“P3”。 P3这里是CD3 +活细胞
      3. 点击“创建点图”按钮生成一个新的点图,右键点击斑点斑点,选择“属性”打开“绘图编辑器”窗口。点击P3点图的y轴上的x轴上的CD3-BV510和CD4-APCH7。在象限的上下两边绘制矩形门,并分别选择“P4”和“P5”。 P4是活CD3 + CD4 + ,P5是活CD3 + CD4 - T细胞。
      4. 点击“创建点图”按钮生成一个新的点图,右键点击斑点斑点,选择“属性”打开“绘图编辑器”窗口。单击x轴上的CD45RO PE-Cy7和P4和P5图的y轴上的CCR7-PE。在这个点图上画“四门”。
        注意:这里的左上侧,右上侧,右下侧和左下方的象限是天真的,中央记忆(T CM ),effector记忆(T EM ),终末分化的效应记忆(T EMRA )T细胞。

Representative Results

通过该临床装置的IC允许我们分离眼表面免疫细胞,同时保持眼表完好无损。 图1描述了IC的执行情况。标记样品收集的眼睛的不同部位。 图2显示了从10个健康对照收集的流式细胞术的代表性结果。对于门控,使用SSC和7-AAD来区分活细胞和死细胞。 7-AAD-细胞被鉴定为活细胞。这些活细胞的进一步特征是CD3 +和CD4 +标记。此外,CD4 +和CD4-群体每个进一步被表征为具有CCR7和CD45RO标记的天然,T EM ,T CM和T EMRA 。在CD3 + T细胞中,效应记忆T细胞在人眼表面占主导地位。在早期e实验中,也证明CD8 +记忆细胞是健康个体中结膜上皮T细胞的主要群体20图3显示,在10个健康对照研究中,CD4 +和CD8 +效应记忆T细胞(T EM和T EMRA )是人眼表面的主要亚组。图中提到的每个人群都以其标志物表型和名称(Naïve,T CM ,T EM ,T EMRA )通知。红色的数字表示人口的百分比。该图中的数据表示为平均值±SEM

图1
图1:通过印象细胞学装置从眼表收集IC样品。从颞叶收集样品ar区域如图所示。

图2
图2:使用流式细胞仪的斑点图。选择活7-AAD-细胞。首先门控CD3 +细胞,然后将该群体门控成CD4 +和CD4 -亚型。在CCR7和CD45RO标记的帮助下确定初始(CCR7 + CD45RO - ),中央记忆(CCR7 + CD45RO + )和效应记忆(CCR7 - CD45RO + ; CCR7 - CD45RO - ))的比例。 请点击此处查看此图的较大版本。

图3
F图3:健康人眼表面的CD4 +和CD8 + T细胞中的免疫细胞亚型。在健康人类对照组中结膜CD4 +和CD8 +初始,中枢记忆(T CM )和效应记忆(T EM和T EMRA )亚群的分布;每个数据点表示单独的个体平均值±SEM。人口百分比在每个人口的名义下标记为红色。总人口的百分比为98%,因为CD4 + T EMRA群体不包括在上述散点图中(从Bose 等人 21修改)。 请点击此处查看此图的较大版本。

Discussion

与常规技术(如刮擦,擦拭,移液或吸收性滤纸1,2)相比 这是一种容易,快速和较少入侵的技术,可用于门诊诊所相对较快的免疫分析。这种技术的一个变体已经在研究设置22中被使用拟议方法的未来应用是在眼部疾病的临床试验中进行患者分层,特别是需要免疫表型分析的患者。

这种技术的主要挑战是在印模收集和刮除之后检索到的相对较少的免疫细胞。从每个个体的四次印迹中回收的CD3 + T细胞的总数从约500-1000个细胞变化。在流式细胞术分析前将眼睛样品洗涤最少次,以避免细胞进一步损失秒。保留在协议中的关键步骤和挑战是高效收集眼睛样品并适当刮擦膜以达到更高的细胞数量。然而,这种限制不太可能偏向任何特定的免疫表型。在这里进行的用于最大化细胞产量的故障排除是减少抗体孵育之后和之后的洗涤步骤的数量。

使用IC还有其他限制。在严重角化或纤维化的眼表面如Steven Johnson综合征患者中,细胞产量可能甚至低于本研究中的。如果样品被储存,而不是在同一天进行分析,免疫细胞的比例可能会改变。难以预测某些细胞类型是否比其他细胞类型更耐贮存。以前的研究报道了结膜上皮细胞23中HLA-DR表达水平升高,因此它将是inter评估HLA-DR与特异性免疫细胞水平之间的相关性。免疫细胞也可能与趋化因子的表达水平相关。这些问题应在今后的研究中得到解决。

Disclosures

作者宣称没有竞争的经济利益。

Acknowledgments

作者要感谢Nandini Nallappan和Sharon Yeo帮助技术步骤。研究由南洋理工大学李孔ian医学院KGC的初创资助和新加坡卫生部国家医学研究理事会(NMRC)至LT(NMRC / CSA / 045/2012),并由国家卫生研究中心授予KGC和LT(NHIC-12D-1409007)国家卫生创新中心的资助。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reagents
anti-human CD3 BV510 BD Biosciences 563109
anti-human CD4 APCH7 BD Biosciences 641398
anti-human CD45RO PECy7 BD Biosciences 337168
7-AAD solution BD Biosciences 555816
anti-human CCR7 PE BD Biosciences 552176
Pippetes Eppendorf NA
Local Anaesthesia Alcaine NA
Fluorescein sodium solution Bausch & Lomb U.K Limited NA
Name Company Catalog Number Comments
Equipments
Keratograph 5M Oculus NA
Slit lamp BioMicroscope Haag Streit BM900
EyePrim Opia Technologies NA
FACS Verse BD BioSciences NA
Name Company Catalog Number Comments
Softwares
GraphPad 6.0 Prism NA
FACSVerse analysis software BD NA

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Bose, T., Hou, A., Lee, R., Tong, L., Chandy, K. G. A Non-invasive Way to Isolate and Phenotype Cells from the Conjunctiva. J. Vis. Exp. (125), e55591, doi:10.3791/55591 (2017).More

Bose, T., Hou, A., Lee, R., Tong, L., Chandy, K. G. A Non-invasive Way to Isolate and Phenotype Cells from the Conjunctiva. J. Vis. Exp. (125), e55591, doi:10.3791/55591 (2017).

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