Kupffer isolamento delle cellule di nanoparticelle test di tossicità
Summary
Liver macrophages, named Kupffer cells, are responsible for the capture of circulating nanoparticles. We describe here a method, of high cell purity and yield, for Kupffer cell isolation. The modified LDH assay is used here to measure the toxicity induced by carbon nanotubes in Kupffer cells.
Abstract
La grande maggioranza degli studi in vitro nanotoxicological hanno utilizzato linee di cellule immortali per la loro praticità. Tuttavia, i risultati di test di tossicità delle nanoparticelle in linee cellulari immortali o cellule primarie hanno mostrato discrepanze, evidenziando la necessità di estendere l'uso di pile per saggi in vitro. Questo protocollo descrive l'isolamento di macrofagi fegato di topo, cellule di Kupffer denominate e il loro uso per studiare la tossicità delle nanoparticelle. Cellule di Kupffer sono la popolazione più abbondanti macrofagi nel corpo e costituiscono parte del sistema reticolo-endoteliale (RES), responsabile per la cattura di nanoparticelle circolanti. Il metodo di isolamento delle cellule Kupffer qui riportata si basa su un metodo di perfusione 2-step seguita da purificazione su gradiente di densità. Il metodo, basato sulla digestione collagenasi e centrifugazione densità, è adattato dal protocollo originale sviluppato da Smedsrød et al. Ideato per ratto isolatio cellule del fegaton e fornisce ad alto rendimento (fino a 14 x 10 6 cellule per topo) e purezza elevata (> 95%) di cellule di Kupffer. Questo metodo di isolamento non richiede attrezzature sofisticate o costose e rappresenta quindi un compromesso ideale tra complessità e la resa delle cellule. L'uso di topi più pesanti (35-45 g) migliora la resa del metodo di isolamento, ma anche facilita notevolmente la procedura di cannulazione vena porta. La tossicità dei nanotubi di carbonio funzionalizzati f -CNTs stata misurata in questo modello con il saggio LDH modificato. Questo metodo valuta vitalità cellulare misurando la mancanza di integrità strutturale della membrana cellulare Kupffer, dopo incubazione con -CNTs f. La tossicità indotta da -CNTs f può essere misurato in modo coerente da questo test, evidenziando che le cellule di Kupffer isolate sono utili per i test di tossicità delle nanoparticelle. La comprensione globale di nanotossicologia potrebbe beneficiare di tali modelli, rendendo la selezione nanoparticelle per traduzione clinica più efficiente.
Introduction
Il campo di ricerca nanotossicologia mira a caratterizzare l'effetto biologico delle nanoparticelle. Studi tossicologici basati su indagini in vivo restano i metodi più accurati. Tuttavia, il loro impiego è limitato dalla loro costo, lavoro e tempo requisiti 1. Come saggi alternative, in vitro sono stati utilizzati per la loro semplicità e la possibilità di sviluppare ad alta produttività de piattaforme di test in vitro 2 – così estendendo il numero di condizioni testate. La maggior parte degli studi nanotoxicological sono eseguiti utilizzando in vitro con linee cellulari immortalizzate. Tuttavia, ci sono preoccupazioni per quanto riguarda l'estrapolazione di questi risultati sperimentali di effetti tossicologici in vivo 3. Infatti, le proprietà di linee cellulari immortalizzate possono essere significativamente diverso dai tessuti sono stati derivati da, per esempio la trasformazione genetica 4, il deterioramento delle caratteristiche morfologiche chiave5, perdita della polarità cellulare 6 e alterazioni funzionali come la regolamentazione dei mediatori infiammatori 7.
Cellule di Kupffer sono la popolazione più abbondanti macrofagi nel corpo e sono direttamente in contatto con il sangue allineando la parete di sinusoidi epatici. Come parte del sistema reticolo-endoteliale (RES), questi macrofagi sono responsabili per la cattura di circolazione nanoparticelle e pertanto costituiscono un modello particolarmente adatto per studiare la tossicità delle nanoparticelle. In vivo 8 e in vitro 9 studi di risposte infiammatorie associate con le cellule di Kupffer esposte a nanoparticelle sono stati pubblicati altrove. Cellule di Kupffer sono state coinvolte nella patogenesi delle malattie del fegato, come la malattia epatica alcolica 10, fibrosi epatica 11 o epatite virale 12. E 'stato riferito che le cellule di Kupffer isolate forniscono informazioni utili per descrivere i meccanismi cellulari involved in rottura di fegato 13,14.
Diversi metodi sono stati segnalati per isolare e purificare le cellule di Kupffer. Isolamento cellulare può derivare da meccanico o enzimatica dissociazione 15. Digestione Collagenase mostra il vantaggio di conservare l'integrità funzionale delle cellule di Kupffer, mentre portando a rendimento cellula di alta Kupffer 16. Molti approcci sperimentali, che variano in complessità e costi, sono stati utilizzati per separare le cellule di Kupffer da altre popolazioni cellulari del fegato. Ad esempio, la purezza delle cellule Kupffer può essere ottenuto mediante immunoaffinità 17, elettroforesi flusso 18, adesione selettiva 16 o mediante tecniche centrifughe 16, che selezionano celle in base alla loro dimensione e la densità. Una combinazione di questi metodi può essere scelto per aumentare la purezza della popolazione 16. Non c'è consenso sul metodo ideale per l'isolamento delle cellule Kupffer, in quanto dipende in gran parte l'applicazione e disponibili equipment. Tuttavia, nel caso di test di tossicità delle nanoparticelle, la semplicità e l'alta resa della tecnica associata con la conservazione funzionale delle cellule di Kupffer sembrava essere più adatto per questa applicazione.
Il metodo di isolamento delle cellule Kupffer qui riportata si basa su un metodo di perfusione 2-step seguita da purificazione su gradiente di densità. Il metodo è stato modificato dal protocollo originale sviluppato da Smedsrød et al. 16 progettato per l'isolamento delle cellule di fegato di ratto. La maggior parte degli studi hanno riportato e descritto l'isolamento delle cellule Kupffer da fegati di ratto. Qui, si descrive un metodo per isolare le cellule di Kupffer da fegato di topo, ad un alto rendimento e purezza. L'utilizzo di topi riduce il costo dell'esperimento e permette la lavorazione di diversi fegati di ottenere grandi quantità di cellule di Kupffer per test di tossicità nanoparticelle.
Nella seguente protocollo, cellule di Kupffer sono state incubate con nanotubi di carbonio funzionalizzati (f </em> -CNTs). Le proprietà uniche chimico-fisiche del CNT – cioè alto rapporto lunghezza su diametro e grande superficie, hanno fatto CNT candidati interessanti come vettori per scopi terapeutici e di diagnosi. Tuttavia, sono state espresse in merito alla tossicità del CNT 19, e lo sviluppo di nuovi test in vitro è inteso a migliorare la comprensione di CNT effetto biologico. Tossicità in cellule di Kupffer è associato ad una mancanza di integrità strutturale della membrana cellulare. Questo viene misurato dalla perdita di enzima LDH citoplasmatica dalla cellula nel supernatante. Il principio di questo metodo, quindi, è quello di rimuovere qualsiasi LDH rilasciata e misurare ciò che resta nelle celle 20. Questo viene fatto in preferenza alla misura della LDH rilasciata nel supernatante perché la presenza di CNT nel surnatante interferisce con il test 21.
Proponiamo l'uso di questo efficace metho isolamento delle cellule Kupffer semplice ed economicod isolare elevato numero di cellule di Kupffer funzionali. Questo permette la proiezione di tossicità di una gamma di nanoparticelle, in un modello rilevante macrofagi primari.
Protocol
Representative Results
Discussion
I seguenti punti sono fondamentali per conseguire un livello elevato rendimento e l'alta vitalità delle cellule di Kupffer. Condizioni asettiche dovrebbero essere utilizzati per limitare il rischio di contaminazione batterica e fungina. Tutti gli strumenti devono essere sterilizzati prima dell'uso. I reagenti devono essere preparate al momento, prima di effettuare la procedura di isolamento.
La scelta di collagenasi IV, con bassa attività trittico, è di fondamentale importanza. Di…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by EU FP7-ITN Marie-Curie Network program RADDEL. MB and KAJ would like to acknowledge Joe Varguese and Rui Serra Maia for their help and suggestions along the optimization of the Kupffer cell isolation.
Materials
| Euthatal (pentobarbital sodium) | Merial | ||
| CD1 mice | Charles River | – | Mouse weight should vary from 35 to 45 g. We advise the use of male CD1 mice as their weight increase rapidly (e.g. a male CD1 mouse of 7 weeks old exceeds 35 g in weight). It is also advised to contact the animal supplier in advance to arrange for the delivery of older animals. Alternatively animals can be in-house to reach the desired weight. |
| HBSS (Ca2+ and Mg2+ free, with bicarbonate) | Life Technologies | 14175-053 | HBSS must be Ca2+ free. |
| Ethylene Glycol Tetraacetic Acid (EGTA) tetrasodium salt | Sigma-Aldrich | E8145 | EDTA can also be used but EGTA has the advantage of chelating Ca2+ selectively. |
| HEPES (1M) | Life Technologies | 15630-056 | 100 ml |
| Collagenase type IV | Worthington | CSL-4 | It is advised to test different batches of collagenase or at least mention to the supplier the product has to be suitable for liver cell isolation |
| Low glucose DMEM | Sigma-Aldrich | D5523 | 500 ml |
| RPMI (with sodium pyruvate and Glutamax®) | Life Technologies | 12633-012 | 500 ml |
| Penicillin/Steptomycin | Life Technologies | 15140-122 | 100 ml |
| Fetal Bovine Serum | First-Link | 60-00-850 | 500 ml |
| Trypan blue solution | Sigma-Aldrich | T8154 | 100 ml |
| Coated silica particle solution (Percoll®) | GE Healtcare | 17-0891-02 | Percoll® is very stable and can be kept for several years |
| 1x Phosphate Buffered Saline | Life Technologies | 10010-023 | 500 ml |
| 10x Phosphate Buffered Saline | Life Technologies | 70011-036 | 500 ml |
| Dimethyl sulfoxide | Fisher | D/4120/PB08 | 500 ml |
| LDH kit (CytoTox 96®) | Promega | G1781 | Keep protected from light |
| DMEM phenol red free | Life Technologies | 31053-028 | 500 ml |
| F4/80 antibody (Alexa 488) | AbD Serotec | MCA497A488 | Do not dilute, used neat for flow cytometry |
| Fluorescent beads | Sigma | L2778 | Latex beads, amine-modified polystyrene, fluorescent red. 1 ml |
| Name of the Material | Company | Catalog number | Comments/Description |
| Butterfly blood collection set (23G/305mm long tubing) | BD | 367288 | |
| Syringe Filters (0.22 μm Blue Rim) | Minisart | 16534-K | |
| Centrifuge Tubes (50 ml Blue Cap) | BD Biosciences, Falcon | 35 2070 | |
| Petri dish (90 x 15 mm) | Thermo Fisher Scientific | BSN 101VR20 | |
| 100 μm cell strainer | BD | 352360 | |
| Peristaltic pump | Watson Marlow | SciQ 300 | Rinse tubing before and after each usage with sterile PBS and 70% ethanol. |
| 24-well plates | Corning | 3526 | |
| 96-well plates | Corning | 3595 | |
| Centrifuge | Eppendorf | 5810R | |
| Plate reader | BMG Labtech | FLUOstar Omega | |
| Serrefine forceps | Hammacher GmbH | Art. Nr. HSE 004-35 / Cat. Nr. 221-0051 | The serrefine forceps allow to clamp the vessel cannulated with the 23G needle without the need of holding the forceps during the perfusion procedure. URL: (http://www.hammacher.de/Laboratory-Products/Clamps-forceps/Serrefines/HSE-004-35-Serrefine::25126.html) |
| Flow cytometry tubes | BD Biosciences, Falcon | 352052 | |
| Microcentrifuge tubes (1.5 ml) | Elkay | 000-MICR-150 | |
| Cell scraper | BD Biosciences, Falcon | 353086 | Cut blade extremities with a pair of scissors to scrape cells in 24-well plates. |
| Name of the Reagent | Company | Catalog number | Comments/Description |
| EGTA (Ethylene Glycol Tetraacetic Acid)/HBSS (Hank's Balanced Salt Solution) Solution | HBSS containing 0.5 mM EGTA and 25 mM HEPES. Adjust pH to 7.4. Prepare 50 ml for each liver to perfuse. | ||
| Collagenase Solution | DMEM low glucose containing collagenase type IV at 100 UI/ml, 15 mM HEPES and 1% Penicllin/Streptamycin (v/v). Adjust pH to 7.4. Prepare 100 ml for each liver to perfuse. After adding the collagenase, it is advised to warm up the solution for 30 min before use. This allows the collagenase activity to be optimum. | ||
| Kupffer Cell Isolation Medium | RPMI containing, 1% Non-Essential Amino-Acids (v/v),1% glutamax® (v/v) and 1% Penicllin/Streptomycin (v/v). Prepare at least 100 ml for 1-3 livers. | ||
| Kupffer Cell Culture Medium | RPMI containing 10% Fetal Bovine Serum, 1% Non-Essential Amino-Acids (v/v),1% Glutamax® (v/v) and 1% Penicllin/Streptamycin (v/v). Prepare at least 100 ml for 1-3 livers. | ||
| SIP (solution of isotonic coated silica particles) | Mix 1.7 ml of 10x Phosphate Buffered Saline with 15.3 ml of Percoll® to obtain 17mL of SIP. | ||
| 25% SIP solution | Mix 5 ml of SIP with 15 ml of 1x Phosphate Buffered Saline | ||
| 50% SIP solution | Mix 10 ml of SIP with 10 ml of 1x Phosphate Buffered Saline | ||
| Lysis Buffer | DMEM media with 0.9% Triton X-100 | ||
| PBS/BSA Solution | Prepare fresh Phosphate Buffered Saline pH 7.4 with 1% Bovine Serum Albumin. | ||
Referencias
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