Het analyseren van de effecten van stromale cellen op de recrutering van leukocyten van Flow

Summary

Het vermogen van ontstoken endotheel om leukocyten werven van stroom wordt geregeld door mesenchymale stromale cellen. We beschrijven twee in vitro modellen die primaire humane cellen die kunnen worden gebruikt om neutrofielen werving beoordelen van stroom en onderzoekt de rol van mesenchymale stromale cellen spelen in het reguleren van dit proces.

Abstract

Stromale cellen regelen de werving van circulerende leukocyten tijdens ontsteking door middel van cross-talk met naburige endotheelcellen. Hier beschrijven we twee in vitro "vasculaire" modellen voor het bestuderen van de werving van circulerende neutrofielen uit stroom door ontstoken endotheelcellen. Een groot voordeel van deze modellen is de mogelijkheid om elke stap in de leukocyt adhesie cascade analyseren om, zoals zou optreden in vivo. We beschrijven ook hoe beide modellen kunnen worden aangepast om de rol van stromale cellen, in dit geval mesenchymale stamcellen (MSC) bestuderen reguleren rekrutering van leukocyten.

Primaire endotheelcellen werden alleen of tezamen gekweekt met menselijke MSC in direct contact IBIDI microslides of aan weerszijden van een Transwell filter gedurende 24 uur. De kweken werden gestimuleerd met tumornecrosefactor alfa (TNFa) gedurende 4 uur en opgenomen in een stroomgebaseerde adhesietest. Een bolus van neutrofielen werd geperfuseerdvia endotheel gedurende 4 min. De vangst van stromende neutrofielen en hun interacties met het endothelium werd gevisualiseerd door fase contrast microscopie.

In beide modellen, cytokine-stimulatie verhoogde endotheliale rekrutering van neutrofielen stroomt op een dosis-afhankelijke wijze. Analyse van het gedrag gerekruteerde neutrofielen vertoonden een dosisafhankelijke afname walsen en een dosisafhankelijke toename transmigratie door het endotheel. In co-cultuur MSC onderdrukt neutrofiel adhesie aan TNFa-gestimuleerd endotheel.

Onze flow-based-adhesie-modellen na te bootsen de eerste fasen van rekrutering van leukocyten uit de circulatie. Naast leukocyten, kunnen zij worden gebruikt om de rekrutering van andere celtypen, zoals therapeutisch toegediend MSC of circulerende tumorcellen onderzocht. De meerlagige co-cultuur modellen hebben aangetoond dat MSC communiceren met endotheel hun respons op pro-inflammatoire cytokines te wijzigen, Altering de rekrutering van neutrofielen. Verder onderzoek met behulp van dergelijke modellen is nodig om volledig te begrijpen hoe stromale cellen uit verschillende weefsels en voorwaarden (inflammatoire aandoeningen of kanker) invloed hebben op de werving van leukocyten tijdens ontsteking.

Introduction

Ontsteking is een beschermende reactie op microbiële infectie of weefselschade dat strakke regulering van leukocyten binnenkomst in en vertrek uit het ontstoken weefsel vereist om de resolutie ^1,2 toe te staan. Cross-talk tussen de endotheelcellen (EC) die lijn bloedvaten, circulerende leukocyten en weefsel-resident stromale cellen is essentieel voor de coördinatie van dit proces ^3. Echter, ongecontroleerde werving van leukocyten en hun ineffectieve klaring ondersteuning van de ontwikkeling van chronische ontstekingsziekten ^4. Ons huidige begrip van leukocyt rekrutering in gezondheid en ziekte onvolledig en robuuster modellen zijn nodig om dit te analyseren.

De mechanismen ter ondersteuning van de werving van leukocyten uit het bloed door vasculaire EG in post-capillaire venulen zijn goed beschreven ^1,2,5. Circulerende leukocyten worden opgevangen door gespecialiseerde receptoren (bijvoorbeeld, VCAM-1, E-selectine, P-selectine), datzijn up-gereguleerd op ontstoken endotheel. Deze voorbijgaande interacties laten leukocyten te interageren met het oppervlak gebonden chemokinen en lipide-afgeleide mediatoren (hetzij endotheliale of stromale oorsprong) die integrinen van leukocyten ^{6- 11} expressie activeren. Dit op zijn beurt stabiliseert hechting en drives migratie over het endotheel en in het weefsel ^{12- 15.} Binnen weefsel, aangeworven leukocyten worden onderworpen aan stroma afgeleide middelen die hun beweeglijkheid, functie en overleving ^16,17 beïnvloeden. Steeds meer bewijs suggereert sterk dat signalen ontvangen in elke fase van het wervingsproces voorwaarden leukocyten voor de volgende. Echter, ons begrip van leukocytaantrekking blijft onvolledig en is zeer weinig bekend over de componenten vormgeven leukocyten verkeer binnen weefsel.

In Birmingham hebben we verschillende in vitro "vasculaire" modellen ontwikkeld om de rekrutering van leukocyten bestuderen vanstromen ^9,18,19. We begrijpen nu dat vasculaire EG-besluit als onmiddellijke regulatoren van leukocytaantrekking reageren op veranderingen in hun lokale micro-omgeving. Specifiek kan weefsel-resident stromale cellen actief reguleren van de ontstekingsreactie, voor een deel door het converseren met naburige vasculaire EG om hun rol te beïnvloeden bij de werving ^3. We hebben eerder aangetoond dat verschillende stromale cellen moduleren het vermogen van EG adhesie en migratie van leukocyten ondersteunen in een weefsel-specifieke wijze, en dat deze effecten worden veranderd in chronische ziekten ^13,16,20,21. Zo stromale cellen vast weefsel 'adres-codes' die de context van elke ontstekingsreactie ²² definiëren. Onlangs hebben we aangetoond dat beenmerg afgeleide MSC (BMMSC) krachtig neerwaarts reguleren van de respons van EG cytokines, wat een verlaging van het werven van neutrofielen en lymfocyten ^23.

De mechanismen govinrichtende recruitment toegelicht in vitro zijn grotendeels gebruikt assays opnemen van een enkele cel type (bijvoorbeeld, EG) of eiwit in isolement. Echter, deze studies geen rekening met de effecten van de lokale weefsel omgeving (dwz de aanwezigheid van stromale cellen) over de recrutering van leukocyten en de daaropvolgende migratie in het weefsel. Hier beschrijven we twee stroomgebaseerde werkwijzen waarbij stromale cellen, mesenchymale stamcellen (MSC), samen worden gekweekt met EC ^23. Dergelijke modellen kunnen we het effect van de stromale cellen op endotheliale reacties, in het bijzonder hun vermogen om leukocytaantrekking ondersteunen van stroom te onderzoeken.

Protocol

1. Isolatie en Cultuur van primaire humane endotheelcellen en mesenchymale stamcellen Isolatie en kweek van humane navelstreng endotheelcellen (HUVEC): Zet navelstreng op een dienblad met keukenpapier en spuit met 70% ethanol. Leg ze in een weefselkweek kap. Identificeer de ader en canule aan beide uiteinden. Plaats een kabelbinder om de gecannuleerd einde om het te beveiligen. Spoel de veneuze bloed met PBS met behulp van een injectiespuit. Vul de spuit met lucht en passeren de ader te ver…

Representative Results

In eerste instantie is het effect van het stimuleren van EG met TNFa op de rekrutering van neutrofielen van stroom met behulp van de IBIDI microglaasje model (- 9 hoofdstuk 7) hebben we geanalyseerd. Aangezien TNFa, weinig of geen neutrofielen gehecht aan de endotheliale monolaag (Figuur 2A). Dit werd verwacht, omdat onbehandelde / rusten EG niet de nodige adhesiemoleculen (selectines) of chemokines niet uitdrukken te steunen bindend 25,26. Daarentegen cytokine stimulering aa…

Discussion

Hier beschrijven we twee in vitro "vasculaire" modellen voor het bestuderen van de werving van circulerende neutrofielen door ontstoken endotheel. Een groot voordeel van deze modellen is de mogelijkheid om elke stap in de leukocyt adhesie cascade analyseren om, zoals zou optreden in vivo. We hebben eerder waargenomen dosis-afhankelijke toename van neutrofielen hechting aan en transmigratie door TNFa-gestimuleerde EC ^9,29. We beschrijven ook hoe beide modellen kunnen worden aangepas…

Materials

Collagenase Type Ia	Sigma	C2674	Dilute in 10ml PBS to get a final concentration of 10mg/ml. Store at -20°C in 1ml aliquots.
Dulbecco's PBS	Sigma	D8662	With calcium and magnesium chloride. Keep sterile and store at room temperature.
1X Medium M199	Gibco	31150-022	Warm in 37 °C water bath before use.
Gentamicin sulphate	Sigma	G1397	Store at 4°C. Add to M199 500ml bottle.
Human epidermal growth factor	Sigma	E9644	Store at -20°C in 10µl aliquots.
Fetal calf serum (FCS)	Sigma	F9665	FCS must be batch tested to ensure the growth and viability of isolated EC. Heat inactivate at 56°C. Store in 10ml aliquots at -20°C.
Amphotericin B	Gibco	15290-026	Potent and becomes toxic within a week so fresh complete HUVEC medium must be made up every week. Store at -20°C in 1ml aliquots.
Hydrocortisone	Sigma	H0135	Stock is in ethanol. Store at -20°C in 10µl aliquots.
Collagenase Type II	Sigma	C6885	Dilute stock in PBS to a final concentration of 100mg/ml. Store at -20°C in 100µl aliquots.
Hyaluronidase	Sigma	H3631	Dilute stock in PBS to a final concentration of 20,000U/ml. Store at -20°C in 100µl aliquots.
100µm cell strainer for 50ml centifuge tube	Scientific Lab Supplies (SLS)	352360	Other commercially available cell strainers (e.g. Greiner bio-one) can also be used.
DMEM low glucose	Biosera	LM-D1102/500	Warm in 37 °C water bath before use.
Penicillin/Streptomycin mix	Sigma	P4333	Store at -20°C in 1ml aliquots.
25cm2 tissue culture flask	SLS	353109
75cm2 tissue culture flask	SLS	353136
Bone marrow mesenchymal stem cells vial	Lonza	PT-2501	Store in liquid nitrogen upon arrival. Cells are at passage 2 upon arrival but are designated passage 0. Exapand to passage 3 and store in liquid nitrogen for later use.
Mesenchymal stem cell growth medium (MSCGM)	Lonza	PT-3001	Warm in 37 °C water bath before use. For Cell Tracker Green staining use medium without FCS.
EDTA (0.02%) solution	Sigma	E8008	Store at 4°C. Warm in 37°C water bath before use.
Trypsin solution	Sigma	T4424	Store at -20°C in 2ml aliquots. Thaw at room temperature and use immediately.
Cryovials	Greiner bio-one	2019-02	Keep on ice before adding before adding cell suspension.
Mr. Frosty Freezing Container	Nalgene	5100-0001	Store at room temperature. When adding cryovials with cells store at -80°C for 24h before transfrring cells to liquid nitrogen.
Ibidi u-Slide VI (0.4), T/C treated, sterile	Ibidi	IB-80606	Alternative models include glass capillaries, Cellix Biochips (www.cellixltd.com), BioFlux Plates (www.fluxionbio.com/bioflux/) and GlycoTech parallel plate flow chambers (http://www.glycotech.com/apparatus/parallel.html).
Cell tracker green dye	Life technologies	C2925	Store in 5µl aliquots at -20°C. Dilute in 5ml prewarmed (at 37°C) MSCGM.
Cell counting chambers	Nexcelom	SD-100	Alternatively a haemocytometer can be used.
Cellometer auto T4 cell counter	Nexcelom	Auto T4-203-0238
Tumor necrosis factor α (TNFα)	R&D Systems	210-TA-100	Dilute stock in PBS to a final concentration of 100,000U/ml. Store at -80°C in 10µl aliquots.
6-well, 0.4µm PET Transwell filters	SLS	353090
K2-EDTA in 10ml tubes	Sarstedt		Store at room temperature.
Histopaque 1119	Sigma	11191	Store at 4°C. Warm to room temperature before use.
Histopaque 1077	Sigma	10771	Store at 4°C. Warm to room temperature before use.
10ml round bottomed tube	Appleton Woods	SC211 142 AS
7.5% BSA Fraction V solution	Life technologies	15260-037	Store at 4°C.
20ml Plastipak syringes	BD falcon	300613
5ml Plastipak syringes	BD falcon	302187
2ml Plastipak syringes	BD falcon	300185
3M hypo-allergenic surgical tape 9m x 2.5cm	Micropore	1530-1	Use to secure the syringe tap onto the wall of the perspex chamber.
Silicon rubber tubing, internal diameter/external diameter (ID/OD) of 1/3mm (thin tubing)	Fisher Scientific	FB68854	Cut silicon tubing to the appropriate size. All tubing leading directly to the electronic microvalve must be thin.
Silicon rubber tubing ID/OD of 2/4mm (thick tubing)	Fisher Scientific	FB68855
Portex Blue Line Manometer tubing	Smiths	200/495/200	Tubing leading to the syringe pump.
3-way stopcock	BOC Ohmeda AB
Glass 50ml syringe for pump	Popper Micromate	550962	Must be primed prior to use by removing any air bubbles.
Glass coverslip	Raymond A Lamb		26x76mm coverslips made to order. Lot number 2440980.
Parafilm gasket	American National Can Company		Cut a 26x76mm piece of parafilm using an aluminium template and cut a 20x4mm slot into it using a scalpel 10a. Gasket thickness is approximately 133µm.
Two perspex parallel plates	Wolfson Applied Technology Laboratory		Specially designed chamber consisting of parallel plates held together by 8 screws. The lower plate has a viewing slot cut out in the middle and a shallow recess milled to allow space for the coverslip, filter and gasket. The upper perspex plate has an inlet and outlet hole positioned over the flow channel.
Electronic 3-way microvalve with min. dead space	Lee Products Ltd.	LFYA1226032H	Electronically connected to a 12 volt DC power supply.
Syringe pump for infusion/withdrawal (PHD2000)	Harvard Apparatus	70-2001	Set the diameter to 29mm and refill (flow) rate.
L-shaped connector	Labhut	LE876	To attach to the inlet and outlet ports onto the Ibidi microslide channel.
Video camera	Qimaging	01-QIC-F-M-12-C	Connected to a computer which enables digitall videos to be recorded.
Image-Pro Plus 7.0	Media Cybernetics	41N70000-61592	For data analysis. Manually tag cells displaying the different behaviors. Track cells for analysis of rolling and migration velocities.
			Refer to product datasheets for details on hazards of using the reagents described here.