Summary

Criopreservação e Avaliação Bioenergética de Células Mononucleares do Sangue Periférico Humano

Published: October 20, 2023
doi:

Summary

Células mononucleares isoladas do sangue periférico podem ser usadas para a análise de funções e distúrbios imunológicos, doenças metabólicas ou funções mitocondriais. Neste trabalho, descrevemos um método padronizado para o preparo de CMSP a partir de sangue total e posterior criopreservação. A criopreservação torna esse tempo e lugar independentes.

Abstract

As funções fisiológicas das células eucarióticas dependem da energia fornecida principalmente pelas mitocôndrias. A disfunção mitocondrial está ligada a doenças metabólicas e ao envelhecimento. A fosforilação oxidativa desempenha um papel decisivo, pois é crucial para a manutenção da homeostase energética. PBMCs foram identificados como uma amostra minimamente invasiva para medir a função mitocondrial e demonstraram refletir condições da doença. No entanto, a mensuração da função bioenergética mitocondrial pode ser limitada por vários fatores em amostras humanas. As limitações são a quantidade de amostras coletadas, o tempo de amostragem, que muitas vezes é distribuído por vários dias, e os locais. A criopreservação das amostras coletadas pode garantir a coleta e a medição consistentes das amostras. Deve-se tomar cuidado para garantir que os parâmetros medidos sejam comparáveis entre células criopreservadas e recém-preparadas. Aqui, descrevemos métodos de isolamento e criopreservação de CMSP de amostras de sangue humano para analisar a função bioenergética das mitocôndrias nessas células. As CMSP criopreservadas de acordo com o protocolo aqui descrito mostram apenas pequenas diferenças no número e viabilidade celular, nos níveis de trifosfato de adenosina e na atividade da cadeia respiratória medida em comparação com células recém-colhidas. Apenas 8-24 mL de sangue humano são necessários para as preparações descritas, tornando possível coletar amostras durante estudos clínicos multicentralmente e determinar sua bioenergética no local.

Introduction

As células mononucleares do sangue periférico humano (CMSP) são utilizadas para diversas aplicações em diversos campos científicos, incluindo o estudo de questões imunológicas e bioenergéticas, como aquelas relacionadas a processos de envelhecimento ou doenças degenerativas 1,2. As CMSP são heterogêneas em composição e consistem de linfócitos (células B, células T e células NK), monócitos e células dendríticas. As células às vezes mostram grandes diferenças individuais e variações dentro de um sujeito, então procedimentos padronizados para lidar com essas células são necessários. Parâmetros importantes como viabilidade e pureza do isolamento são os requisitos básicos para seu manuseio e são adicionalmente influenciados por fatores ambientais como o tempo de coleta, o nível de melatonina, se o indivíduo está em jejum, entre outros 3,4.

Com base em estudos sobre bioenergética de CMSP, descrevemos aqui um método para o isolamento, criopreserva e cultivo de CMSP que também é adequado para outros métodos. Enquanto a biópsia muscular é considerada o padrão-ouro para o metabolismo energético mitocondrial5, o exame das células sanguíneas é um procedimento rápido e minimamente invasivo. Além disso, cada vez mais estudos sugerem que as alterações da função mitocondrial no envelhecimento e na doença de Alzheimer (DA) ocorrem não só no cérebro, mas também na periferia6,7,8,9,10. O método também permite a investigação de outras condições e doenças, incluindo diabetes mellitus e obesidade11,12,13. Padrões de expressão gênica em pacientes com esclerose múltipla podem ser analisados, assim como a função imune e suas influências em geral 14,15,16.

As CMSP geralmente dependem da fosforilação oxidativa (OXPHOS) para gerar adenosina trifosfato (ATP)17,18. Portanto, os PBMCs cobrem uma ampla gama de aplicações como substitutos. Em relatos anteriores, o metabolismo energético das CMSP tem sido utilizado para tratar disfunções orgânicas, como na insuficiência cardíaca precoce19, choque séptico20 ou diferenças associadas ao sexo4 na função mitocondrial. Um método generalizado para isolamento criopreservacional e cultivo de CMSP teria vantagens na comparabilidade dos resultados obtidos em diferentes institutos. Há grande variação nos protocolos para cadaetapa21,22, o objetivo desse método é fornecer uma diretriz para medidas bioenergéticas em CMSP.

Neste artigo descrevemos um método para mensuração de parâmetros bioenergéticos em CMSP. Explicamos os métodos para isolar, criopinar e medir a bioenergética de CMSP do sangue humano. Este método pode ser usado para determinar parâmetros bioenergéticos em pacientes e avaliá-los em um contexto clínico. Para aplicar essas medidas, os pesquisadores precisam ter acesso a uma população de pacientes a partir da qual amostras de sangue fresco podem ser obtidas.

Protocol

Todos os protocolos descritos neste manuscrito para coleta, isolamento e análise de sangue foram revisados e aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade de Giessen, Alemanha. Obteve-se o consentimento dos pacientes para inclusão de suas amostras no estudo. Todas as etapas de isolamento e cultura celular são realizadas sob um gabinete de segurança biológica. 1. Punção venosa Preparar todo o equipamento necessário para a coleta de sangue, inclu…

Representative Results

Viabilidade e número de célulasPara obter sucesso no isolamento e criopreservação, a contagem e a viabilidade celular devem ser as mais altas possíveis. Antes e depois da criopreservação, as células são contadas, e sua viabilidade é determinada para garantir a saúde e a qualidade das células. A Figura 3 é uma ilustração representativa das CMSP antes e após a criopreservação, a contagem de células e a viabilidade dificilmente diferem. Isso indica o isol…

Discussion

Este protocolo fornece um meio de isolar e criopreservar células mononucleares do sangue periférico (CMSP) do sangue humano de forma adequada para análises bioenergéticas. O método descrito oferece a possibilidade de isolar CMSP suavemente e em grandes quantidades, com alta viabilidade e células suficientes para medidas bioenergéticas. Tem a desvantagem de que, mesmo com interrupções mínimas, ocorrem longos isolamentos, mas a criopreservação subsequente permite uma medição independente do tempo da bioenerg?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Agradecemos à equipe clínica do Hospital Universitário Giessen-Marburg pela coleta de sangue. Este trabalho foi financiado pela universidade Justus Liebig.

Materials

0.1 M Triethanolamine-HCl-Buffer (pH = 8,0) Self-prepared
0.5 M Triethanolamine-HCl-Buffer Self-prepared
1.0 M Tris-HCl-Buffer (pH = 8,1) Self-prepared
1.01 mM DTBB Self-prepared
10 % Triton X-100 Self-prepared
10 mM Oxalacetat Self-prepared
14–20 G sterile blood draw needles Multi Adapter Sarstedt Safety-Multifly Sarstedt 156353_v
37% HCl Carl Roth GmbH & Co. KG
70% Ethanol (EtOH) Self-prepared
Acetyl-CoA Pancreac Applichem A3753
ADP Sigma-Aldrich A5285
Alcohol wipes  (70% isopropyl alcohol)
Antimycin A Sigma-Aldrich A8674
Aqua (bidest.) With MilliQ Academic (self-made)
Ascorbate Sigma-Aldrich A4034
ATP-Standard Sigma-Aldrich 6016949
Biocoll Seperating Solution Biochrom 6115
Biological safty cabinet MSC Advantage Thermo Fisher Scientific Inc.
Carbonylcyanid-p-trifluoromethoxy-phenylhydrazon (FCCP) Sigma-Aldrich C2920
Cell counter TC20 Automated Cell Counter Bio-Rad
Centrifuge Heraeus Megafuge 16 R Thermo Fisher Scientific Inc.
Counting slides, dual chamber for cell counter Bio-Rad 1450016
Cryotube Cryo.S Grainer Bio-One 126263-2DG
Digitonin Sigma-Aldrich 37008
Dimethylsulfoxid (DMSO) Merck 102952
Disinfection spray
Disposable gloves latex, rubber, or vinyl.
Distrips (12.5 ml) DistriTips Gilson F164150
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline (DPBS; 10x) Gibco (Thermo Scientific) 15217168
Ethanol (EtOH 100%) Carl ROTH GmbH & Co. KG 9065.3
Fetal bovine serum (FBS) Sigma-Aldrich F9665
Frezer (-80°C) Thermo Fisher Scientific Inc.
Glutamate Sigma-Aldrich G1626
Holder/adapter 
Incubator Midi 40 CO2 Thermo Fisher Scientific Inc.
Injection syringe Hamilton
Malate Sigma-Aldrich M-1000
MIR05 Self-prepared
Mr. Frosty Freezing Container Thermo Fisher Scientific Inc. 10110051
Multireader CLARIOstar BMG Labtech
Nitrogen tank Locator 6 plus Thermo Fisher Scientific Inc.
Oligomycin Sigma-Aldrich O4876
Oxalacetate Sigma-Aldrich
Oxygraph-2k Orobororus Instruments
Penicillin-Streptomycin PAA 15140122
Pipettes Performance Pipettor 10 μL, 100 μL, 1000 μL VWR
Roswell-Park. Memorial-Institute-Medium (RPMI-1640) Gibco (Thermo Scientific) 11530586
Rotenone Sigma-Aldrich R8875
Saccharose Carl ROTH GmbH & Co. KG 9286.2
Sodium azide Sigma-Aldrich S2002
Succinate Sigma-Aldrich S2378
Tetramethylphenylendiamin (TMPD) Sigma-Aldrich T3134
Tourniquet/ Blood pressure cuff
Tris(hydroxymethyl)amino-methane Sigma-Aldrich 108382
Triton X-100 Sigma-Aldrich 108643
Trypanblau Biochrom T6146
Vacuum pump Vaccubrand GmbH & Co.
ViewPlate-96 Perkin Elmer 6005181
Water bath WNB22 Memmert GmbH & Co. KG

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Cite This Article
Dieter, F., Grube, J., Birkenhauer, T., Quentin, A., Eckert, G. P. Cryopreservation and Bioenergetic Evaluation of Human Peripheral Blood Mononuclear Cells. J. Vis. Exp. (200), e65730, doi:10.3791/65730 (2023).

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