Células Humanas Lung dendríticas: distribuição espacial e fenotípica Identificação em endobrônquica Biópsias imunohistoquímica e citometria de fluxo
Summary
Lung-resident immune cells, including dendritic cells (DCs) in humans, are critical for defense against inhaled pathogens and allergens. However, due to the scarcity of human lung tissue, studies are limited. This work presents protocols to process human mucosal endobronchial biopsies for studying lung DCs using immunohistochemistry and flow cytometry.
Abstract
The lungs are constantly exposed to the external environment, which in addition to harmless particles, also contains pathogens, allergens, and toxins. In order to maintain tolerance or to induce an immune response, the immune system must appropriately handle inhaled antigens. Lung dendritic cells (DCs) are essential in maintaining a delicate balance to initiate immunity when required without causing collateral damage to the lungs due to an exaggerated inflammatory response. While there is a detailed understanding of the phenotype and function of immune cells such as DCs in human blood, the knowledge of these cells in less accessible tissues, such as the lungs, is much more limited, since studies of human lung tissue samples, especially from healthy individuals, are scarce. This work presents a strategy to generate detailed spatial and phenotypic characterization of lung tissue resident DCs in healthy humans that undergo a bronchoscopy for the sampling of endobronchial biopsies. Several small biopsies can be collected from each individual and can be subsequently embedded for ultrafine sectioning or enzymatically digested for advanced flow cytometric analysis. The outlined protocols have been optimized to yield maximum information from small tissue samples that, under steady-state conditions, contain only a low frequency of DCs. While the present work focuses on DCs, the methods described can directly be expanded to include other (immune) cells of interest found in mucosal lung tissue. Furthermore, the protocols are also directly applicable to samples obtained from patients suffering from pulmonary diseases where bronchoscopy is part of establishing the diagnosis, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD), sarcoidosis, or lung cancer.
Introduction
Os pulmões estão em contato contínuo com o ambiente externo e estão altamente expostos a ambas as partículas inofensivas e micróbios com a capacidade de causar doença. Portanto, é crítica para o sistema imunitário para montar respostas imunitárias potentes contra patogénios invasores, mas é igualmente importante para manter a tolerância a antigénios inalados que não causam doença. Para fornecer potente vigilância imunitária, o sistema respiratório é revestido com uma rede de células imunitárias, incluindo as células dendríticas (DC). DC são células profissionais de apresentação de antigénio, com a capacidade única para activar células T ingénuas. Em pulmões humanos, as DCs residentes encontram um antigénio e, em seguida, processo e transportá-lo para os gânglios linfáticos de drenagem do pulmão para a apresentação e a activação de células T 1, 2, 3.
No sistema imunológico humano, as DCs pode ser dividido em vários sub-grupos, com Distinct mas sobrepostos funções: CD1c + e CD141 + DCs mielóides (MDCs) e CD123 + DCs plasmocitóides (PDCs) 4, 5. Enquanto o conhecimento mais detalhado em DC humanas provém de estudos em sangue, é agora evidente que os pulmões humanos também abrigam populações raras de subconjuntos de DC com a capacidade de células T estimuladoras 6, 7, 8, 9. No entanto, os dados mostram que se acumulam as células imunitárias, incluindo as DCs, diferem na sua frequência, fenótipo e função, dependendo da sua localização anatómica 10. Assim, é importante para estudar as células imunes do tecido relevante para compreender a sua contribuição para a imunidade local e tolerância. Tomados em conjunto, o que sublinha a necessidade de estudar DCs pulmão residente quando confrontados com doenças pulmonares, apesar de DCs do sangue sendo mais prontamente disponíveis e acessíveis em humanos.
Os primeiros estudos que investigaram DCs pulmão residente em seres humanos se baseou principalmente na morfologia ea expressão de marcadores individuais, tais como HLA-DR e CD11c, em secções de tecido usando imunohistoquímica 11, 12, 13. Em contraste, estudos mais recentes têm normalmente dependiam de citometria de fluxo analisa a estudar diferentes subpopulações de células imunes. No entanto, uma vez que é difícil encontrar um único marcador de superfície celular que identifica exclusivamente um subconjunto específico DC, a limitação potencial de estudos que se aplique apenas quatro cores de citometria de fluxo é o risco de, incluindo populações de células com marcadores fenotípicos semelhantes, como DCs. Por exemplo, CD11c é expressa em todos os DCs mielóides e a grande maioria dos monócitos. Por outro lado, estudos em painéis de aplicação mais avançada de citometria de fluxo, o tecido de pulmão não-cancerosas de ressecções cirúrgicas de pacientes foram tipicamente utilizadosrefex "> 10, 14, 15, 16, embora não esteja claro se estas populações raras são verdadeiramente representativa de DCs presente em indivíduos saudáveis. No geral, os estudos são limitados, em grande parte devido ao facto de cirurgicamente removidas ou de tecido de pulmão humano total é escassa.
Para superar algumas destas limitações, este trabalho descreve como realizar uma análise detalhada da distribuição espacial e uma identificação fenotípica de DCs em biópsias endobrônquicas mucosas obtidas de voluntários saudáveis que se submetem a uma broncoscopia. Várias pequenas biópsias podem ser coletadas de cada indivíduo e pode, posteriormente, ser incorporado para corte e análise utilizando imuno-histoquímica ou enzimaticamente digerido para análise avançada de citometria de fluxo. Utilizando tecido pulmonar sob a forma de biópsias endobronquiais obtidos a partir de broncoscopia confere a vantagem de tornar possível realizar o rudy em voluntários saudáveis, ao contrário da cirurgia aberta dos pulmões que, por razões óbvias, é limitado a pacientes que necessitam de cirurgia torácica. Além disso, o tecido que é amostrado durante uma broncoscopia de voluntários saudáveis é fisiologicamente normal, em contraste com uma área não afectada do tecido pulmonar em pacientes com uma doença pulmonar. Por outro lado, as biópsias são pequenos e o número de células recuperadas, mesmo quando o agrupamento diversas biópsias, limita o tipo de análises que podem ser realizadas.
Embora o presente trabalho se concentra em DCs, os métodos descritos podem ser diretamente ampliada para incluir outras células (imunes) de interesse que residem no tecido da mucosa do pulmão humano. Além disso, os protocolos são também directamente aplicáveis às amostras obtidas de pacientes que sofrem de doenças pulmonares, onde broncoscopia faz parte de estabelecer o diagnóstico, tais como a doença pulmonar obstrutiva crónica (DPOC), sarcoidose, ou câncer de pulmão.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este artigo descreve como gerar uma caracterização espacial e fenotípica detalhada do pulmão DCs tecido residentes em humanos saudáveis utilizando imuno-histoquímica e citometria de fluxo em biópsias da mucosa endobrônquica recolhidos durante broncoscopia. Nos parágrafos seguintes etapas críticas do protocolo são discutidos em detalhe.
Passos críticos com o Protocolo
Seccionamento e imuno-histoquímica: É crítico para manter os blocos de biópsia…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores gostariam de agradecer os voluntários que contribuíram material clínico para este estudo. Estamos também gratos ao pessoal do Departamento de Saúde Pública e Medicina Clínica, Divisão de Medicina / Medicina Respiratória do Hospital Universitário, Umeå (Norrlands universitetssjukhus) para a recolha de todo o material clínico.
Este trabalho foi financiado por doações para AS-S do Conselho Sueco de Pesquisa, o Heart-Lung Foundation sueca, a Fundação Sueca para a Investigação Estratégica, eo Karolinska Institutet.
Materials
| Bronchoscopy | |||
| Bronchoscope BF1T160 | Olympus | BF1T160 | |
| Light source | Olympus | Exera CV-160 | |
| Fenestrated forceps | Olympus | FB21C | Used to take biopsies |
| Bite Block | Conmed | 1429 | 20x27mm |
| Glucose 25% | 500mL intravenous | ||
| Glycopyrronium bromide 0.2mg/mL | Intravenous. Prevents mucus/saliva secretion | ||
| Mixt. Midazolam 1mg/mL p.o | Can be used for extra relaxation | ||
| Lidocaine, 40mg/mL | Mouth and throat administration / Gargled | ||
| Lidocaine 100mg/ml spray | Administered to back of throat | ||
| Lidocaine 20mg/ml spray | Administered via bronchoscope to airways | ||
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| GMA processing and embedding | |||
| Glass vials | 5mL | ||
| Acetone | Sigma-Aldrich | 32201-1L | |
| Molecular sieves, 4A | Alfa Aesar | 88120 | 3-4mm diameter pellets |
| Phenylmethylsulfonyl fluoride | Sigma-Aldrich | P-7626 | 0.035g/100ml acetone |
| Iodoacetamide | Sigma-Aldrich | I-6125 | 0.37g/100ml acetone |
| Polythene-flat TAAB embedding capsules | TAAB laboratories | C094 | x500 8mm diameter, polythene, flat-bottom capsules |
| Capsule holder | TAAB laboratories | C054 | Holds 25 8mm capsules |
| JB-4 GMA embedding kit | Polysciences | 00226 | Contains JB-4 Solution A (0026A-800), JB-4 solution B (0026B-3.8), benzoyl peroxide (02618-12) |
| Methyl benzoate | Sigma-Aldrich | 27614-1L | |
| Silica gel with humidity indicator | Scharlau | GE0043 | 2.5-6mm |
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| GMA sectioning | |||
| Glass microscope slides | ThermoFisher Scientific | 10143562CEF | Cut edges, frosted end |
| Poly-L-Lysine solution | Sigma-Aldrich | P8920-500mL | 1:10 for working solution |
| Sheet glass strips for ultramicrotomy | Alkar | ||
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P2287 | Wash solution (0.1% Tween20) |
| LKB 7800B Knifemaker | LKB | ||
| Capsule splitter | TAAB laboratories | C065 | |
| Carbon steel single edge blades | TAAB laboratories | B054 | |
| Vice | |||
| Ammonia, 25% | VWR | 1133.1000 | 2mL in 1L, 1:500 (0.05%) |
| Microtome | Leica | Leica RM 2165 | |
| Light source | Leica | Leica CLS 150 XE | |
| Microscope with swing arm stand | Leica | Leica MZ6 | |
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| GMA Immunohistochemistry | |||
| Diamond tipped pen | Histolab | 5218 | |
| Hydrogen peroxide 30% solution | AnalaR Normapur | 23619.264 | |
| Sodium azide | Sigma-Aldrich | S8032 | |
| Tris | Roche | 10708976001 | |
| Sodium chloride | VWR chemicals | 27810.295 | |
| Bovine serum albumin | Millipore | 82-045-2 | Probumin BSA diagnostic grade |
| Dulbecco's modified eagle medium (DMEM) | Sigma-Aldrich | D5546 | |
| Anti-human CD45 antibody | BioLegend | 304002 | Mouse monoclonal, clone HI30, isotype IgG1k. Working concentration of 500 ng/ml |
| Anti-human CD1a antibody | AbD Serotech | MCA80GA | Mouse monoclonal, clone NA1/34-HLK, isotype IgG2a. Working concentration of 10 µg/ml |
| Mouse monoclonal IgG1 isotype control | Abcam | ab27479 | |
| Mouse monoclonal IgG2a isotype control | Dako | X094301-2 | |
| Vectastain ABC Elite standard kit | Vector Labs | PK-6100 | |
| AEC (3-amino-9-ethylcarbazole) peroxidase substrate kite | Vector Labs | SK-4200 | |
| Mayers haematoxylin | HistoLab | 01820 | |
| Permanent Aqueous Mounting Medium | AbD Serotech | BUF058C | |
| Drying oven | |||
| DPX permanent mounting solution | VWR | 360292F | |
| Light microscope | Leica | Leica DMLB | |
| Microscope camera | Leica | Leica DFC 320 | |
| Analysis software | Leica | Leica Qwin V3 | |
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Enzymatic digestion | |||
| Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) | Sigma-Aldrich | 55021C | |
| Dithiothreitol (DTT) | Sigma-Aldrich | DTT-RO | |
| Collagenase II | Sigma-Aldrich | C6885 | |
| DNase | Sigma-Aldrich | 10104159001 ROCHE | |
| RPMI 1640 | Sigma-Aldrich | R8758 | |
| Forceps | |||
| Platform rocker | Grant instruments | PMR-30 | |
| 50 mL conical tubes | Falcon | 14-432-22 | |
| 40 µm cell strainer | Falcon | 352340 | |
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Flow cytometry | |||
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | |||
| LIVE/DEAD Aqua fixable dead cell stain kit | Life Technologies | L34957 | |
| CD45 | BD | 555485 | |
| CD3 | BD | 557757 | |
| CD20 | BD | 335829 | |
| CD56 | Biolegend | 318332 | |
| CD66abce | Miltenyi | 130-101-132 | |
| HLA-DR | BD | 555813 | |
| CD14 | BD | 557831 | |
| CD16 | Biolegend | 302026 | |
| CD11c | BD | 560369 | |
| CD1c | Miltenyi | 130-098-009 | |
| CD141 | Miltenyi | 130-090-514 | |
| CD103 | Biolegend | 350212 | |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | F8775 | |
| LSR II Flow cytometer | BD | Flow cytometer | |
| FlowJo | FlowJo | Software for analysis |
Referenzen
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