Kupffer isolamento celular para Nanoparticle Toxicity Testing

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

A grande maioria dos estudos in vitro nanotoxicological usaram linhas celulares imortalizadas para a sua viabilidade. No entanto, os resultados de testes de toxicidade de nanopartículas em linhas de células imortalizadas ou células primárias têm mostrado discrepâncias, destacando a necessidade de estender o uso de pilhas para ensaios in vitro. Este protocolo descreve o isolamento de macrófagos de fígado de rato, células de Kupffer nomeados, e a sua utilização para estudar a toxicidade das nanopartículas. Células de Kupffer são a população de macrófagos mais abundante no corpo e fazem parte do sistema retículo endotelial (RES), responsável pela captura de nanopartículas de circulação. O método de isolamento de células de Kupffer relatado aqui baseia-se num método de perfusão 2-passo, seguido por purificação em gradiente de densidade. O método, baseado na digestão com colagenase e centrifugação de densidade, é uma adaptação do protocolo original desenvolvido por Smedsrød et ai. projetado para rato isolatio células do fígadon e proporciona um rendimento elevado (até 14 x 10 ⁶ culas por ratinho) e de alta pureza (> 95%) das células de Kupffer. Este método de isolamento não requer equipamento sofisticado e caro e, por conseguinte, representa um compromisso ideal entre a complexidade e de rendimento celular. A utilização de ratos mais pesados ​​(35-45 g) melhora o rendimento do método de isolamento, mas também facilita notavelmente o procedimento de canulação da veia porta. A toxicidade de nanotubos de carbono funcionalizadas f -CNTs foi medido neste modelo pelo ensaio de LDH modificado. Este método avalia a viabilidade das células medindo a falta de integridade estrutural da membrana da célula de Kupffer, após incubação com -CNTs f. Toxicidade induzida pelo -CNTs f pode ser medido de forma consistente com este ensaio, destacando que as células de Kupffer isoladas são úteis para testes de toxicidade das nanopartículas. A compreensão global do nanotoxicology poderiam se beneficiar de tais modelos, tornando a seleção de nanopartículas para tradução clínica mais eficient.

Introduction

O campo da pesquisa nanotoxicology tem como objetivo caracterizar o efeito biológico das nanopartículas. Estudos toxicológicos in vivo com base em investigações continuam a ser os métodos mais precisos. No entanto, seu uso é limitado pelo seu custo, trabalho e requisitos de tempo ^um. Como alternativas, em ensaios in vitro têm sido utilizados por causa da sua simplicidade e da possibilidade de desenvolvimento de alto rendimento em plataformas de ensaios in vitro, ² – estendendo-se assim o número de condições testadas. A maioria dos estudos nanotoxicological são realizados utilizando ensaios in vitro com linhas de células imortalizadas. Contudo, existem preocupações em relação à extrapolação destes resultados experimentais in vivo para efeitos toxicológicos ^3. Na verdade, as propriedades das linhas celulares imortalizadas pode ser significativamente diferentes dos tecidos que foram derivados a partir de, por exemplo, transformação genética ^4, deterioração das características morfológicas principais5, perda da polaridade celular ⁶ e alterações funcionais, tais como a regulação de mediadores inflamatórios ^7.

Células de Kupffer são a população de macrófagos mais abundante no corpo e estão em contacto directo com o sangue, forrando a parede de sinusóides do fígado. Como parte do sistema reticulo-endotelial (RES), estes macrófagos são responsáveis ​​para a captura de nanopartículas de circulação e, por conseguinte, constituir um modelo altamente adequado para estudar a toxicidade de nanopartículas. In vivo ^{8 9} e in vitro estudos de respostas inflamatórias associadas com as células de Kupffer expostos a nanopartículas ter sido publicado anteriormente. Células de Kupffer também foram envolvidos na patogênese de doenças do fígado, como a doença hepática alcoólica ^{10, 11} fibrose hepática ou hepatite viral ^12. Foi relatado que células de Kupffer isolado fornecer indicações úteis para descrever os mecanismos celulares involved em perturbações do fígado ^13,14.

Vários métodos têm sido relatados para isolar e purificar as células de Kupffer. Isolamento das células pode resultar de dissociação mecânica ou enzimática ^15. Digestão de colagenase mostra a vantagem de conservar a integridade funcional das células de Kupffer, enquanto conduzindo a elevada produção de células de Kupffer ^16. Muitas abordagens experimentais, que variam em complexidade e custos, foram usados ​​para separar células de Kupffer de outras populações de células de fígado. Por exemplo, células de Kupffer pureza pode ser conseguida por imunoafinidade ^17, electroforese de fluxo ^{18, 16} a adesão selectiva ou por técnicas de centrífugas ^16, que seleccionam as células de acordo com o seu tamanho e densidade. Uma combinação destes métodos podem ser escolhidos para aumentar a pureza da população ^16. Não há consenso sobre o método ideal para o isolamento de células Kupffer, uma vez que na maior parte depende das aplicações e equipmen disponíveist. No entanto, no caso dos ensaios de toxicidade de nanopartículas, a simplicidade e elevado rendimento da técnica associada com a preservação funcional das células de Kupffer parecia ser mais adequado para esta aplicação.

O método de isolamento de células de Kupffer relatado aqui baseia-se num método de perfusão 2-passo, seguido por purificação em gradiente de densidade. O método foi modificado a partir do protocolo original desenvolvido por Smedsrød et al. ¹⁶ concebido para o isolamento de células de fígado de rato. A maioria dos estudos relatados e descrito o isolamento de células de Kupffer do fígado de ratos. Aqui, nós descrevemos um método para isolar as células de Kupffer do fígado de rato, com um rendimento elevado e pureza. A utilização de ratinhos reduz o custo experimento e permite o processamento de vários fígados para obter grandes quantidades de células de Kupffer para testes de toxicidade de nanopartículas.

No protocolo seguinte, as células de Kupffer foram incubadas com os nanotubos de carbono funcionalizadas (f </em> -CNTs). As propriedades físico-químicas únicas de nanotubos de carbono – ou seja, alta proporção de comprimento para diâmetro e grande área superficial, fez CNT candidatos interessantes como vectores para fins de terapia e de diagnóstico. No entanto, têm surgido preocupações quanto à toxicidade dos nanotubos de carbono ^19, e o desenvolvimento de novos ensaios in vitro destina-se a aumentar a compreensão das CNT efeito biológico. Toxicidade em células de Kupffer é associada com uma falta de integridade estrutural da membrana celular. Isto é medido pela perda da enzima LDH do citoplasma da célula para o sobrenadante. O princípio deste método é, portanto, para remover qualquer LDH libertada e medir o que é deixado nas células ^20. Isto é feito, de preferência a medição do LDH libertado no sobrenadante, pois a presença de nanotubos de carbono no sobrenadante interfere com o ensaio de ^21.

Propomos o uso deste eficaz meto Kupffer isolamento de células simples e de custod para isolar elevado número de células de Kupffer funcionais. Isto permite o rastreio de toxicidade de uma grande variedade de nanopartículas, num modelo relevante macrófagos primários.

Protocol

Todos os experimentos com animais foram executados em conformidade com todas as diretrizes e regulamentos relevantes e agências reguladoras. O protocolo que está sendo demonstrada foi realizada sob a orientação e aprovação do regulamento escritório UK Home 1. Perfusão e Cobrança celular (Figura 1) Figura 1:. Perfusão do fígado Após anestesia do rato, o tracto digest…

Representative Results

O número de células não-parenquimatosas purificadas foi consistente e variou entre 8 e 14 x 10 6 culas por rato (17 isolamentos foram realizadas). Cada isolamento do mouse foi suficiente para a chapa 16-28 poços. A viabilidade das células por coloração com azul de tripano demonstrou a viabilidade das células ~ 95%. Células de Kupffer mostrou uma forma redonda dentro de 30 min de incubação a 37 ° C, relacionada com a sua morfologia aderente incompleta (Figura 4A). Às 4 horas de in…

Discussion

Os passos seguintes são fundamentais para alcançar alta produtividade e alta viabilidade das células de Kupffer. Condições assépticas devem ser usadas para limitar o risco de contaminação bacteriana e fúngica. Todos os instrumentos devem ser esterilizados antes da utilização. Os reagentes devem ser preparadas antes de realizar o procedimento de isolamento.

A escolha de colagenase IV, com baixa atividade tríptico, é crucial. Lotes diferentes do mesmo fornecedor tem actividade enz…

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.