Mikroglia, apoptotik nöronların fagositozu da dahil olmak üzere nörodejeneratif hastalıkların başlatılmasını ve ilerlemesini etkileyen önemli işlevlere sahiptir. Bozulmuş mikroglial fagositoz ve sinapsların uygunsuz fagositozu, alttaki mekanizmalar ve nedensellik iyi anlaşılmasa da nörodejeneratif hastalıklarla ilişkilendirilmiştir4,23. Bu makalede, apoptotik hücrelerin fagositozunu iPSC-makrofajlarla ölçmek için bir fagositoz tahlilini özetlemektedir, canlı hücreli zaman atlamalı görüntüleme okuması veya sabit hücreli yüksek içerikli mikroskopi veya her ikisinin bir kombinasyonu tek bir testte. Bu çok yönlülük, tahlillerin zaman içinde birkaç kuyuda bireysel fagositik olayları incelemek için kullanılabileceği veya birden fazla koşul veya tedavi ile yüksek içerikli tarama için kullanılabileceği anlamına gelir. Yüksek içerikli tahlil tek bir zaman noktasında sabit olduğundan, aynı anda birden fazla tahlil plakası hazırlanabilir. Yüksek içerikli test, makrofajları / mikrogliayı hastalıkla ilişkili genetik varyantlarla karakterize etmek veya fagositoz değişiklikleri için küçük molekül inhibitörlerini taramak için potansiyel bir yardımcılığa sahiptir. Test ayrıca diğer mikroglia modellerinin fagositozunu veya potansiyel olarak astrositleri incelemek için kolayca uyarlanabilir. Fagositoz tahlili potansiyel olarak canlı hücre görüntüleme lekeleri ile çoklayıcı olabilir, örneğin mitokondri, kalsiyum veya ROS göstergeleri ve ilgi çekici proteinler için fiksasyon sonrası immünofluoresan boyama yapılabilir. Apoptotik nöronal hücreleri kullanan mevcut fagositoz testleriyle karşılaştırıldığında, bu protokolün sağladığı temel avantajlar, fagositik yükün hazırlanmasının nispeten basit ve hızlı olması ve tek tip bir ürünle sonuçlanmasıdır. Diğer tahliller nöronların veya SH-SY5Y'lerin 2 h 25 için S-nitroso-L-sistein, 3 h22için okadaikasit,stauro 4-16 h26,27 ,28,29veya24 h30için UV ışınlama içinsporin ve apoptozun farklı aşamalarında hücrelere neden olabilir. Ayrıca, canlı hücre görüntüleme ve yüksek içerikli görüntüleme okumaları, yazarların bildiği kadarıyla daha önce açıklanmamıştır. Fagositik kargoyu hazırlamak için paraformaldehit fiksasyonunu kullanmanın ana sınırlaması, apoptoz sürecini tam olarak repapitoz haline vermemesidir, çünkü fiksasyon hücrelerin daha küçük boyutları nedeniyle daha hızlı bir şekilde fagositoz yapılması muhtemel apoptotik cisimlere bölünmesini önler. Fiksasyonun, fagositleri çeken hedef hücreden nükleotid "beni bul" sinyallerinin (örneğin, ATP, UDP) salgılanması üzerinde nasıl bir etkisi olduğu bilinmemektedir. Apoptotik hücrelere benzer şekilde, sabit SH-SY5Y'ler propidium iyodüre bazı membran geçirgenliği sergiler. Membran geçirgenliği "beni bul" sinyallerinin serbest bırakılmasıyla ilişkilidir; ancak, bu sabit SH-SY5Y'lerde çalışılmamıştır ve nükleotid çok hızlı bir şekilde serbest bırakılırsa, SH-SY5Y'ler iPSC-makrofajlara eklenmeden önce yıkanırlar.
Protokoldeki ilk kritik adım, ölü SH-SY5Y'lerin pH'a duyarlı kırmızı floresan boyanın STP esteriyle boyanmasıdır. Bu boya, ölü SH-SY5Y'lerin yüzeyinde serbest birincil aminlerle hızlı ve yaygın bir şekilde reaksiyona sokulur. Boyama süresinin optimize edilmesi gerekmez; ancak etiketlemeden önce boyanın işlenmesine dikkat edilmelidir. Etiketleme reaksiyonu serbest amin içeren tamponlarda yapılmamalıdır. Ayrıca, DMSO stoğu soğuk sulu tamponda veya yüksek son konsantrasyonda seyreltilirse yağış riski vardır. Çökelticiler mikroskop altında yoğun koyu nesneler olarak görünecektir. Ek olarak, pH'a duyarlı boya çözeltisi normal plastik santrifüj tüplerine yapışır ve yavaşça yıkanır; bu nedenle, etiketleme adımı için düşük bağlayıcı tüpler önerilir. Kalıcı olarak floresan boya yerine pH'a duyarlı bir boyanın kullanılması, plazma zarını komşu olan parçacıklara karşı, yutulan parçacıkların tanımlanmasına yardımcı olur. Nötr pH'da bir miktar floresan olduğundan, fagositik kargo ve iPSC makrofajlarının yoğunluğunun doğru segmentasyon için yeterince düşük tutulması gerekir, ancak çok sayıda fagositik olay yakalanacak kadar yüksektir. Yüksek içerikli mikroskopi, kuyuda orta yoğunlukta kargo (iPSC-makrofaj başına 2 SH-SY5Y'den fazla) ile fagositozu doğru bir şekilde tanımlayabiliyordu. Tersine, derin kırmızı spektrumdaki mikroskobun daha zayıf hassasiyeti nedeniyle, canlı hücre zaman atlamalı görüntüleme verilerindeki iPSC-makrofajların segmentasyonu daha az özgüvenliydi ve yanlış pozitif olasılığını azaltmak için çok düşük bir kargo yoğunluğu kullanmak gerekiyordu (her iki iPSC makrofajı için 1 SH-SY5Y). Uygun segmentasyon ve kargo yoğunluğunun doğrulanması, tedavi edilmemiş ve sitochalasin D-tedavi edilen kuyular arasındaki karşılaştırmalarla yapılmalıdır. İyi optimize edilmiş bir testte, sitochalasin D, tedavi edilmemiş örneklere göre hücre başına ortalama nokta sayısını% 90 azaltmalıdır.
Protokoldeki bir diğer kritik adım, hücrenin görüntü analizinde tanımlanmasını ve segmentlere ayrıştırılmasını sağlayan iPSC-makrofaj boyamadır, böylece herhangi bir harici SH-SY5Y'ler sayım dışı bırakılmıştır. Önerilen boya hücre geçirgendir, sitoplazma içinde çözünmeyen bir floresan ürüne dönüştürülür, sabitlenebilir ve toksik değildir (bkz. Malzeme Tablosu). Boyama adımı, yüksek içerikli görüntüleme fagositozu testine sahip iPSC-makrofajların kullanımı için optimize edilmiştir ve diğer hücre tipleri kullanılırsa yeniden optimize edilmesini öneririz. Çözünmeyen floresan ürünün hücreler içindeki birikimini iyileştirmek için hücre boyama süresi arttırılabilir. Boya konsantrasyonu optimize edilmişse, organik çözücü aracın toksik seviyelerinden kaçınmaya özen edilmelidir.
Tahlilin başarısında üçüncü kritik faktör veri analizidir. Sağlanan analiz işlem hatları, boyama yoğunluğuna veya hücre morfolojisine olan farklılıklar, yazıldığı gibi işlem hatlarının segmentasyon etkinliğini azaltabileceğinden, kuralcı değil, rehberlik amaçlıdır. Bu nedenle, işlem hattının uygun pozitif ve negatif denetimler üzerinde test edilmesiyle bazı iyileştirmeler gerekecektir ve en iyi duruma getirilmesi gereken parametreler protokol metninde belirtilir. Negatif kontroller, SH-SY5Y'ler eklenmeden önce iPSC-makrofajların sitalazisin D gibi güçlü bir fagositoz inhibitörü ile önceden tedavi edildiği bir durumu içermelidir. Başka bir olası olumsuz kontrol, Ş-SY5Y'lerin daha önce tedavi edilmemiş iPSC-makrofaj kuyularına eklenmesidir, tahlilden 10 dakika önce, bu da kargonun bir miktar yerleşmesine izin verir, ancak kayda değer miktarda fagositozun gerçekleşmesi için çok kısadır. Fagositoz olayı, derin kırmızı floresan kanalını kullanan yazılım algoritması tarafından tanımlanan bir iPSC makrofajının sınırları içinde kırmızı floresan bir nesne olarak tanımlanır. Hücrelerin segmentasyonu zayıfsa (Şekil 2), iPSC-makrofajlara yakın birçok fagositozlu olmayan SH-SY5Y analize hatalı olarak dahil edilebilir, yani yanlış pozitifler. İyi segmentasyon elde etmedeki en önemli faktör, iPSC makrofajlarının sıkı bir şekilde tanımlamasıdır. Her iki analiz için segmentasyon otomatiktir, bu nedenle her hücre için mükemmel segmentasyon elde etmek mümkün değildir; ancak, referans olarak birkaç test görüntüsü kullanılarak segmentasyonu daha uygun hale getirmek için birkaç parametre ayarlanabilir. Sitachalasin D kontrolü optimal segmentasyonu değerlendirmek için önemlidir, çünkü bu durumda tespit edilen yüksek sayıda fagositik olay segmentasyonun en uygunun altında olduğunu gösterir. Veri analizi boru hattının optimizasyonu ideal olarak, sitochalasin D durumunda hücre başına fagositik olay sayısı% 80-% 90 daha düşük olana kadar tekrarlanmalıdır.
Fagositoz tahlilinde meydana gelme olasılığı en yüksek olan problemler şunlardır: (1) pozitif kontrollerde zayıf pH'a duyarlı floresan, (2) tahlil sonundaki makrofajların seyrek veya düzensiz dağılımı veya (3) fagositozlu olmayan SH-SY5Y'lerden yapılan analizlerde yüksek sayıda yanlış pozitif. Zayıf pH'a duyarlı floresan sorunlarının giderilmesi öncelikle SH-SY5Y'lerin lekelenmelerinin güçlü bir macenta rengine sahip bir hücre peletiyle sonuçlanıp sonuçlanmadığını kontrol etmelidir. Renk zayıfsa, taze bir boya stoğu kullanıldığından emin olun, etiketleme tamponunun aminsiz olduğundan emin olun, boyamadan önce SH-SY5Y'lere ekstra bir yıkama ekleyin, doğru sh-SY5Y sayısının lekeli olup olmadığını kontrol edin, hiçbir boya çökeltisinin kanıtta olmadığından emin olun ve boyanın etiketleme konsantrasyonunu optimize edin. SH-SY5Y'ler güçlü bir şekilde lekelenmişse, test plakasına eklenen konsantrasyonun doğru olup olmadığını kontrol edin ve iPSC makrofajlarının sağlıklı ve çok eski olmadığından emin olun. İkinci tür sorun, düzensiz makrofaj dağılımı, pipetleme sırasında hücre kaybından neden olabilir ve hücrelerin yaşadığı pipetleme kuvvetlerini azaltmak için adımlar atılmalı, dar delikli uçlardan kaçınılmalıdır. Sorun devam ederse, iPSC makrofajlarını hücre geçirgen boyası ile yüklemenin kuluçka süresini azaltın. Üçüncü sorun, fagositozsuz parçacıkların analize hatalı bir şekilde dahil edilmesiyle ilgili olarak, analiz işlem hattının daha fazla optimizasyonunun gerekli olduğunu gösterir. Sorun giderme, öncelikle hücre segmentasyonuna ve yazılımın bitişik nesneleri içerip dahil etmediğine odaklanmalıdır. Ayarlanabilen belirli parametreler ilgili adımların altındaki notlarda önerilmektedir (canlı hücre zaman atlamalı analizi için adım 6.1.11-6.1.15 ve yüksek içerik analizi için 6.2.4-6.2.8 adımları). Hücre segmentasyonu daha da geliştirilemezse, yüksek içerik analizinin yanlış bölümlenmiş iPSC makrofajlarını dışlayan ek bir adımı (adım 6.2.8) vardır. Ayrıca, iPSC makrofajlarında pH'a duyarlı floresanların kabul edilen noktalarını filtreleyen modül optimize edilebilir, bu da kabul edilen nesnelerin eşik yoğunluğunu artırarak, fagositozlu olmayan SH-SY5Y'leri (canlı hücre zaman atlamalı analizi için adım 6.1.17 ve yüksek içerik analizi için adım 6.2.11) dışlamaya yardımcı olmalıdır.
Fagositoz tahlilleri için her birinin avantajları ve sınırlamaları olan iki tip mikroskopi okuması geliştirdik. Canlı hücreli zaman atlamalı görüntüleme, fagositoz kinetiği hakkında ekstra bilgi sağlamanın yararlarına sahiptir ve yüksek içerikli görüntüleme platformlarından daha yaygın olarak kullanılabilir. Önerilen açık kaynaklı yazılım mikroskop kaynağına göre agnostiktir ve canlı hücre zaman atlamalı veya canlı hücreli zaman atlamalı olsun veya olmasın, herhangi bir kaliteli floresan mikroskopla kullanılabilir. Canlı hücre görüntülemenin ana sınırlaması sınırlı hassasiyet ve optiktir, bu da iPSC makrofajlarının iyi segmentasyonunu tespit etmeyi ve gerçekleştirmeyi daha zor hale getirir. Bu sınırlama, iPSC-makrofaj boyama süresini artırarak veya varsa daha hassas bir mikroskopa geçerek azaltılabilir. Yüksek içerikli görüntüleme fagositozu tahlili, yüksek içerikli bir görüntüleme sistemi varsa önerilen okumadır. Yüksek içerikli görüntüleme sistemleri, daha yüksek aktarım hızı ve daha güvenilir veriler sağlar ve bu tahlilin tarama için kullanılmasını sağlar, bu da "hücre başına nokta sayısı" çıkışı20için ≥7'lik sağlam bir Z' beklenir. Canlı hücre zaman atlamalı yöntemi ile karşılaştırıldığında, yüksek içerikli mikroskopi okuma daha yüksek hassasiyete, daha yüksek otomasyon ve hız derecesına sahiptir, daha fazla kuyu ve görüntüleme alanı işlenebilir ve yüksek çözünürlüklü konfokal görüntüler üretilir. Hücre segmentasyonu iyi görüntülerle daha etkilidir ve segmentasyon ayrıca son derece düzensiz şekilli hücreler için uygun daha fazla hücre segmentasyon yöntemi sağlayan yüksek içerikli görüntüleme analiz yazılımı ile desteklenmiştir. Yüksek içerikli görüntüleme analizi yazılımı ayrıca, fagositik hücrelerin yüzdesi gibi açık kaynaklı yazılımla karşılaştırıldığında daha fazla fagositoz parametresi hesapladı. Yüksek içerikli fagositoz testinin ana sınırlaması, görüntüleme sisteminin ve analiz yazılımının maliyet ve erişilebilirliklerinden biridir.
Sonuç olarak, bu makalede sunulan nicel fagositoz tahlilleri, ölü nöronların in vitro mikroglia fagositozunu modellemek için yararlı bir araçtır. Mikroglia iPSC-makrofajlar tarafından modellenir ve ölü nöronlar paraformaldehit sabit SH-SY5Y'ler tarafından modellenir. Yayınlanan en otantik mikroglia ve ölü/ apoptotik nöron modelleri olmasa da, bunlar hazırlanması kolaydır ve ölçeklenebilir. Testin kendisi çok yönlüdür, iki tür görüntüleme okuması ayrıntılıdır ve farklı mikroglia / makrofaj monokültür modelleri veya fagositik kargo olarak hareket etmek için farklı bir hücre tipi ile kullanılmak üzere uyarlanabilir. Yüksek içerikli görüntüleme okuması nicel veri elde etmek için avantajlıdır ve fagositozun küçük molekül modülatörlerini veya iPSC makrofajlarındaki ekran genetik varyantlarını test etmek için ölçeklendirilebilir. Bununla birlikte, yüksek içerikli görüntüleme sistemleri pahalı ve veri ağırlıklı olduğundan, gerekirse herhangi bir kaliteli geleneksel floresan mikroskobun yerine ikame edilebilecek canlı hücreli bir zaman atlamalı mikroskop kullanılarak protokole alternatif bir görüntüleme okuması dahil edilmiştir.