Summary

כימות של גלגול מונוציט ויצירת תאי קצף מאנשים עם מצבים דלקתיים כרוניים

Published: October 17, 2017
doi:

Summary

אנו מתארים פרוטוקול למדוד גלגול מאת ומונוציטים מעבר monolayers אנדותל אנושית ועם בגרות עוקבות שלהם לתאי קצף. זה מספק שיטה תכליתי כדי להעריך את מאפייני atherogenic ומונוציטים מבודד מאנשים עם מחלות שונות תנאים וכדי להעריך גורמים בדם אשר עשוי לשפר את הנטייה הזאת.

Abstract

לב כלילית (CAD) הוא גורם התחלואה והתמותה ברחבי העולם. טרשת עורקים, מוביל לגרום של CAD, הוא שיזם גלגול של מולדת ומונוציטים המערכת החיסונית לאתרים דלקתיות של הפקיד השומנים הנקרא פסי שומן, אשר נמצאים בתוך דפנות העורקים של מדיום כדי עורקים גדולים. תכונת פתוגניים המפתח של נגעים בשלב כזה מוקדם של טרשת עורקים היא ההבשלה של monocytes אשר נודדים אל העורקים כדי ליצור תאי קצף או עמוסי השומנים מקרופאגים. ראיות רבות תומך את ההשערה כי הסיכון של טרשת עורקים מוגברת על ידי התנאים דלקתית כרונית המלווה מחלות כגון דלקת מפרקים שגרונית, HIV, כמו גם הזדקנות כללית, וכי הסיכון הזה הוא ניבא על ידי מונוציט הפעלה. בעוד העכבר מודלים מספקים פלטפורמה טובה לחקור את התפקיד של monocytes atherogenesis ויוו, הן דורשות שינוי גנטי של כולסטרול טבעי מטבוליזם ושינוי דרסטי של העכבר הרגיל דיאטות, מוגבלת התאמה חקר השפעות atherogenic של מחלות comorbid אנושי. זה הניע אותנו לפתח מודל אנושי במבחנה כדי למדוד את הפוטנציאל atherogenic של monocytes מבודד מאנשים עם מצבי מחלה מוגדרת. כיום, אנושיים במבחנה מודלים המגבילים בכך שהם מוערכים מונוציט גלגול קצף תא היווצרות בבידוד. כאן נתאר פרוטוקול שבו ומונוציטים מבודד דם החולה transmigrate על פני תאי אנדותל אדם לתוך מטריצה קולגן מסוג 1, ואת הנטייה שלהם להבשיל לתאי קצף ב נוכחות או היעדרות של השומנים אקסוגני נמדד. הפרוטוקול אומתה על השימוש האנושי ומונוציטים מטוהרים אנשים עם הידבקות ב- HIV ויחידים HIV uninfected קשישים. מודל זה הוא תכליתי ומאפשר מונוציט גלגול קצף תא היווצרות להעריך באמצעות מיקרוסקופ או או cytometry זרימה, כמו גם מאפשר את ההערכה של גורמים atherogenic, המצויים בסרום או פלסמה.

Introduction

מונוציט גלגול היא צעד מכריע בהתפתחות טרשת עורקים פלאק שעלולות להוביל פקקת, שבץ מוחי, אוטם שריר הלב. שלטי טרשת עורקים להתפתח פסי שומן, בדרך כלל נוכח באתרים של זרימת הדם מתנדנדות נמוך בינוני עורקים גדולים, שבו הופקדו השומנים תורמת הפעלה אנדותל, מקומי דלקת1. ומונוציטים מגויסים כדי תאי אנדותל פסי שומן באמצעות מונוציט chemotactic חלבונים (כגון CCL2), transmigrate לתוך אינטימה2. בעקבות גלגול, ומונוציטים עלולה להיווצר מקרופאגים atherogenic, עמוסי השומנים הנקרא תאי קצף בשל ספיגת השומנים, בסינתזה השומנים, למטה-ויסות כולסטרול בזרימת או שילוב של הגורמים לעיל. ומונוציטים עשויים לצבור שומנים במחזור ויש גם הפנוטיפ ‘רכה’, יכול להיות נטייה תאי קצף תא היווצרות3,4. תאי קצף התכונות המגדירות של פסי שומן ושלטים טרשת עורקים בשלב מוקדם, שלהם גיבוש מושפעת השומנים וגם מתווכים דלקתיים5. לחלופין, ומונוציטים יש את היכולת להפוך transmigrate של העורק לתוך מחזור הדם6, ובכך להסיר את השומנים מן אינטימה להתנהג כדי לשמור על הבריאות של העורק.

קביעת של הנטייה של monocytes כדי transmigrate על פני אנדותל העורקים ואת תאי קצף טופס של אינטימה, או להיפוך transmigrate ולסחוב השומנים מחוץ הפלקיו, היא דרישה מפתח להבנת התפקיד של הפעלת מונוציט בהגדלת הסיכון טרשת עורקים. דגמי העכבר CADs כגון טרשת עורקים חשובים שחקרתי בזמן אמת אין ויוו מידע על התפתחות רובד שומני פס/טרשת עורקים. עם זאת, מודלים אלה מחייבים שינוי גנטי של רמת הכולסטרול טבעית עיבוד היכולות של חיות אלו בדרך כלל בשילוב עם שינויים דרסטיים דיאטה (כגון דגם דיאטה ספקיות-/-מערבי-type)7,8, ובכך, גרימת הצטברות-פיזיולוגיים של מחזורי השומנים רמות שהתפתחות לוח הכונן. מודלים אלה תהיה מוגבלת רלוונטיות התנאים דלקתית כרונית אנושיים כגון הידבקות ב- HIV אשר אינם משויכים מוגבר במחזור כולסטרול או רמות ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה (LDL). יתר על כן, הבדלים בביולוגיה מונוציט בין בני אדם ועכברים לבצע בדיקה של אימונולוגי שאלות הנוגעות הרלוונטיות של subpopulations של ומונוציטים (כגון ומונוציטים ביניים (CD14++CD16+))9 קשה. זה חשוב כאשר לומדים את מנגנוני נהיגה למחלות לב וכלי דם כמו ספירת ביניים מונוציט באופן עצמאי לחזות אירועי לב וכלי דם10,11. בזמן מבחני קיימים למדוד באופן רציף או מונוציט גלגול או קצף כדוריות בבידוד, אין assay במבחנה אומתה לכימות תנועת שני היבטים של atherogenesis מוקדם באמצעות אותם התאים של גדודים קליניים. Transwell מודלים לנצל ששונה בוידן דו תאיים מערכת לפיה תאים מוטענים לתוך התא העליון, transmigrate דרך מחסום פלסטיק נקבובי או טפט תא לתא התחתון המכיל בדרך כלל מדיה עם chemoattractant12 , 13. תוך שימוש נרחב לניתוח ליקוציט גלגול, מודלים אלה בדרך כלל לא לשלב שכבה המייצג של אינטימה, וכתוצאה מכך שמדמו תאים נודדים לתוך פתרון, ולא מאפשרים לשקילת קצף תא היווצרות או גלגול לאחור של אותם התאים. לעומת זאת, מודלים של היווצרות תאי קצף לא בחשבון שינויים transmigratory-induced ומונוציטים או אפקטים של הפעלת אנדותל אשר ידוע לתרום קצף היווצרות התא14. יתר על כן, מערכות אלו זירוז קצף כדוריות של מקרופאגים דבקה צלחות התרבות התא על ידי הוספת קולח ריכוזי אקסוגני מחמצנים ליפופרוטאין בצפיפות נמוכה (oxLDL)15,16משרן מפתח להק תא קצף. LDL בשימוש במודלים אלה היא לעתים קרובות תחמוצת על-ידי תהליכים שאינם פיזיולוגית-רלוונטיות כגון טיפול4 CuSO17, לכן, לחקור את חשיבות פיזיולוגית של מחקרים באמצעות מודלים אלה.

כאן נתאר וזמינותו של זה מכמת מונוציט גלגול, היווצרות תאי קצף לאותם התאים אשר אינה דורשת התוספת של oxLDL אקסוגני, לכן כדאי דגמי את התפקיד של monocytes במבנה התא קצף. מודל זה פותחה במקור על ידי פרופסור ויליאם מולר (אוניברסיטת נורת’ווסטרן, שיקגו)18, יש נוספת מעודן במעבדה שלנו להעריך שמחוץ atherogenicity של monocytes מבודד תחת שאינו מפעיל מאנשים עם מצבים דלקתיים כבסיס המלווה מחלות כמו איידס זיהום19 , כמו גם הזדקנות20, כי התנאים קשורה לסיכון מוגבר של טרשת עורקים. מודל זה מספק גם פלטפורמה עבור מענה לשאלות ביולוגי בסיסי לגבי נטיה של קבוצות משנה מונוציט שונים לטופס קצף תאים20, ההשפעה של הפעלת אנדותל על ידי ציטוקינים כגון TNF-קצף כדוריות14 , ואת המאפיינים הנדידה של monocytes כגון עומק ומהירות מהאוכלוסיות ג’לים19. יתר על כן, גלגול מונוציט תא היווצרות קצף ניתן לכמת באמצעות מיקרוסקופ רגיל, לחיות תא הדמיה, flow cytometry והדמיה cytometry זרימה, לכן, לספק שיטה רב תכליתי כדי להעריך את התפקיד של monocytes ב- atherogenesis.

Protocol

הערה: כל הניסויים באמצעות דגימות ביולוגיות האדם בוצעו באישור אתיקה אלפרד חולים אנושיים ועדת האתיקה, מלבורן. כל הניסויים בוצעו ב- Class II אבטחה ארונות, אלא אם כן צוין. " Prewarmed " מתייחס ריאגנטים התחמם עד 37 מעלות צלזיוס waterbath. 1. הכנה של סוג I סיבי קולגן ג’לים: יום 1 הכנת polymerize…

Representative Results

לכימות מונוציט גלגול ומונוציטים נוספים למודל כמתואר באיור1, ג’לים שישה מוכנים עבור כל תנאי. ומונוציטים עבור ג’לים 6 לכל תורם (קרי, 5.0 x 10 ומונוציטים4 לכל ג’ל ג’ל 6 = 3.0 x 10 ומונוציטים5 לכל התורם) הם resuspended …

Discussion

הפרוטוקול המתואר כאן מציע שיטה רב-תכליתי פיזיולוגית רלוונטי להערכת את atherogenicity של ומונוציטים מן האנושי גדודים קליניים, על ידי שילוב של גלגול מונוציט והן קצף כדוריות. מודל זה מציע יתרונות על פני שיטות אלטרנטיביות להק תא קצף הוא לוקח בחשבון את השפעת מונוציט גלגול על היווצרות תאי קצף ומאפשר א…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים בתודה להכיר את עבודתו של פרופסור ויליאם מולר, ד ר קלייר Westhorpe שלהם תפקיד מפתח בפיתוח של חזרות קודמות של מודל זה. המחברים גם רוצה להודות AMREP Flow Cytometry הליבה עבור המיון של מונוציט קבוצות משנה ויחידת אלפרד חולים זיהומיות מחלות קליני מחקר אחיות לגיוס של HIV + בודדים על מחקרים. המחברים בתודה בתרומתן לעבודה זו של ויקטוריה תפעוליים תשתיות תמיכה התוכנית התקבל על ידי המכון ברנט. TAA נתמכת RMIT אוניברסיטת סגן-הנשיא של הבתר-דוקטורים. עבודה זו נתמכה על ידי גרנט פרוייקט NHMRC 1108792 על פועלם לקידום AJ AH. TK נתמך על-ידי NIH מעניקה NIH K08AI08272, גרנט NIH/NCATS # UL1TR000124.

Materials

Gel preparation reagents
NaOH Sigma-Aldrich 221465-500G 0.1 M NaOH diluted in H20
10X M199 Sigma-Aldrich M0650
AcCOOH Sigma-Aldrich 695092-100ML 20 mM Acetic acid diluted in H20
Cultrex Bovine Collagen I R&D Systems 3442-050-01 Type I Fibrous Collagen
Name Company Catalog Number Comments
Cell culture
M199 Life Technologies 11150-059 M199 media containing Earle's salts, L-glutamine and 2.2 g/L Sodium Bicarbonate.
Media supplemented with 100 µg/mL L-glutamine  and 100 U/mL penicillin/streptomycin 
M20 Supplemented M199 containing 20% heat-inactivated pooled or donor serum.
Individual lipid species such as LDL can be added to M199.
HUVEC Primary human umbilical cord endothelial cells (HUVEC) can be isolated from umbilical cords donated with informed consent and ethics approval. Isolated HUVEC may also be purchased commercially.
Human coronary artery endothelial cells Primary human coronary artery endothelial cells can be isolated from arteries donated with informed consent and ethics approval. Isolated cells may also be purchased commercially.
EDTA BDH Merck 10093.5V Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) – 0.5 M, pH 8.0
EGTA Sigma-Aldrich E3889-500G Ethylene glycol-bis(β-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid (EGTA) – 1 mM, pH 8.0
0.05% trypsin EDTA Gibco 25300-054 0.05% trypsin/0.53 EDTA (1X)
L-glutamine Gibco 25030-081 L-glutamine (200 mM)
Penicillin/streptomycin  Gibco 15140-122 Penicillin/streptomycin (10,000 units/mL Penicillin and 10,000 µg/mL Streptomycin)
New born calf serum Gibco 16010-142 New born calf serum: New Zealand origin
Fibronectin Sigma-Aldrich F1056-1MG Fibronectin – 50 µg/mL aliquots prepared and stored
PBS (1X) Gibco 14200-075 Dulbecco's Phosphate Buffered Saline (10X): Dilute to 1X with sterile H20
0.1% TNF Gibco PHC3015 Recombinant human TNF – Reconstituted in H20 and stored in 10 µg/mL aliquots
Low-density lipoprotein Merck Millipore LP2-2MG Low-density lipoprotein (LDL)
Name Company Catalog Number Comments
Microscopy
1 or 2% formaldehyde Polysciences 4018 1 or 2% formaldehyde diluted with sterile H20
50% and 78% methanol Ajax Finechem 318-2.5L GL 50% or 78% v/v methanol, diluted with H20
Oil Red O stain Sigma-Aldrich O0625-25G Dilute to 2 mg/mL in 22% 1M NaOH and 78% (v/v) methanol
Microscope slides Mikro-Glass S41104AMK Twin frosted 45 degree ground edge microscope slides (25 X 76 mm)
Cover slips Menzel-Gläser MENCS224015GP 22 x 40 mm #1.5 size glass cover slips
Double-sided tape 3M Scotch 4011 Super strength exterior mounting tape (25.4 mm x 1.51 m)
Giemsa stain Merck Millipore 1.09204.0500 Giemsa's azur eosin methylene blue solution (dilute stock 1:10 in H20)
Hole punch Hand-held single hole punch (6.35 mm punch)
Name Company Catalog Number Comments
Flow cytometry
Collagenase D Roche Diagnostics 11088858001 Collagenase D diluted in M199 media to 1 mg/mL 
35 µm nylon mesh capped polystyrene FACS tubes BD Biosciences 352235 35 µm nylon mesh capped polystyrene FACS tubes
Live/Dead Fixable Yellow Dead Cell stain Life Technologies L34959 Live/Dead Fixable Yellow Dead Cell stain
FACS wash Prepare by mixing 1 X PBS, 2 mM EDTA and 1% New born calf serum
Name Company Catalog Number Comments
Plasticware
96 well plate Nunclon 167008 Delta surface flat-bottomed 96 well plate
10 cm Petri Dish TPP 93100 Sterile 10 cm Petri dish
1.5 mL Eppendorf tubes Eppendorf 0030 125.150 Eppendorf tubes
Transfer pipette Samco Scientific 222-20S Sterile transfer pipette (1 mL, large bulb)

References

  1. Napoli, C., et al. Fatty streak formation occurs in human fetal aortas and is greatly enhanced by maternal hypercholesterolemia. Intimal accumulation of low density lipoprotein and its oxidation precede monocyte recruitment into early atherosclerotic lesions. J Clin Invest. 100 (11), 2680-2690 (1997).
  2. Woollard, K. J., Geissmann, F. Monocytes in atherosclerosis: subsets and functions. Nat Rev Cardiol. 7 (2), 77-86 (2010).
  3. Xu, L., et al. Foamy Monocytes Form Early and Contribute to Nascent Atherosclerosis in Mice With Hypercholesterolemia. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 35 (8), 1787-1797 (2015).
  4. Jackson, W. D., Weinrich, T. W., Woollard, K. J. Very-low and low-density lipoproteins induce neutral lipid accumulation and impair migration in monocyte subsets. Scientific Reports. 6, 20038 (2016).
  5. Angelovich, T. A., Hearps, A. C., Jaworowski, A. Inflammation-induced foam cell formation in chronic inflammatory disease. Immunol. Cell. Biol. 93 (8), 683-693 (2015).
  6. Llodrá, J., et al. Emigration of monocyte-derived cells from atherosclerotic lesions characterizes regressive, but not progressive, plaques. Proc. Natl. Acad. Sci. 101 (32), 11779-11784 (2004).
  7. Getz, G. S., Reardon, C. A. Animal Models of Atherosclerosis. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 32 (5), 1104-1115 (2012).
  8. Meir, K. S., Leitersdorf, E. Atherosclerosis in the Apolipoprotein E-Deficient Mouse. A Decade of Progress. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 24 (6), 1006-1014 (2004).
  9. Hilgendorf, I., Swirski, F. K. Making a difference: Monocyte Heterogeneity in Cardiovascular Disease. Curr. Atheroscler. Rep. 14 (5), 450-459 (2012).
  10. Rogacev, K. S., et al. Lower Apo A-I and Lower HDL-C Levels Are Associated With Higher Intermediate CD14++CD16+ Monocyte Counts That Predict Cardiovascular Events in Chronic Kidney Disease. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 34 (9), 2120-2127 (2014).
  11. Rogacev, K. S., et al. CD14++CD16+ Monocytes Independently Predict Cardiovascular Events: A Cohort Study of 951 Patients Referred for Elective Coronary Angiography. J. Am. Coll. Cardiol. 60 (16), 1512-1520 (2012).
  12. Justus, C. R., Leffler, N., Ruiz-Echevarria, M., Yang, L. V. In vitro Cell Migration and Invasion Assays. J. Vis. Exp. (88), e51046 (2014).
  13. Boyden, S. The Chemotactic Effect Of Mixtures Of Antibody And Antigen On Polymorphonuclear Leucocytes. J. Exp. Med. 115 (3), 453-466 (1962).
  14. Westhorpe, C. L. V., et al. Endothelial cell activation promotes foam cell formation by monocytes following transendothelial migration in an in vitro model. Exp. Mol. Pathol. 93, 220-226 (2012).
  15. Quinn, M. T., Parthasarathy, S., Fong, L. G., Steinberg, D. Oxidatively modified low density lipoproteins: a potential role in recruitment and retention of monocyte/macrophages during atherogenesis. Proc. Natl. Acad. Sci. 84 (9), 2995-2998 (1987).
  16. Henriksen, T., Mahoney, E. M., Steinberg, D. Enhanced macrophage degradation of biologically modified low density lipoprotein. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 3 (2), 149-159 (1983).
  17. Parthasarathy, S., Raghavamenon, A., Garelnabi, M. O., Santanam, N. Oxidized Low-Density Lipoprotein. Methods Mol. Biol. 610, 403-417 (2010).
  18. Muller, W. A., Weigl, S. A. Monocyte-selective transendothelial migration: dissection of the binding and transmigration phases by an in vitro assay. J. Exp. Med. 176 (3), 819-828 (1992).
  19. Maisa, A., et al. Monocytes from HIV-infected individuals show impaired cholesterol efflux and increased foam cell formation after transendothelial migration. AIDS. 29 (12), 1445-1457 (2015).
  20. Angelovich, T. A., et al. Ex vivo foam cell formation is enhanced in monocytes from older individuals by both extrinsic and intrinsic mechanisms. Exp. Gerontol. 80, 17-26 (2016).
  21. Westhorpe, C. L. V., et al. Effects of HIV-1 infection in vitro on transendothelial migration by monocytes and monocyte-derived macrophages. J. Leukoc. Biol. 85 (6), 1027-1035 (2009).
  22. Furie, M. B., Cramer, E. B., Naprstek, B. L., Silverstein, S. C. Cultured endothelial cell monolayers that restrict the transendothelial passage of macromolecules and electrical current. J. Cell Biol. 98 (3), 1033-1041 (1984).
  23. Müller, A. M., et al. Expression of the Endothelial Markers PECAM-1, vWf, and CD34 in Vivo and in Vitro. Exp. Mol. Pathol. 72 (3), 221-229 (2002).
  24. Kelesidis, T., et al. Predictors of impaired HDL function in HIV-1 infected compared to uninfected individuals. J. Acquir. Immune Defic. Syndr. , (2017).
  25. Rogacev, K. S., et al. Monocyte heterogeneity in obesity and subclinical atherosclerosis. European Heart Journal. 31 (3), 369-376 (2010).
  26. Gacka, M., et al. Proinflammatory and atherogenic activity of monocytes in Type 2 diabetes. J. Diabetes Complications. 24 (1), 1-8 (2010).
  27. Rogacev, K. S., et al. CD14++CD16+ monocytes and cardiovascular outcome in patients with chronic kidney disease. Eur. Heart J. 32 (1), 84-92 (2011).

Play Video

Cite This Article
Angelovich, T. A., Hearps, A. C., Maisa, A., Kelesidis, T., Jaworowski, A. Quantification of Monocyte Transmigration and Foam Cell Formation from Individuals with Chronic Inflammatory Conditions. J. Vis. Exp. (128), e56293, doi:10.3791/56293 (2017).

View Video