Quantifizierung der Monocyte Seelenwanderung und Schaumbildung Zelle von Personen mit chronischen entzündlichen Erkrankungen

Summary

Wir beschreiben ein Protokoll zur Messung der Seelenwanderung von Monozyten in menschlichen Endothelzellen Monolagen und ihre anschließende Reifung in Schaumzellen. Dies stellt eine vielseitige Methode, die atherogenen Eigenschaften von Monozyten aus Menschen mit unterschiedlichen Erkrankungen isoliert zu beurteilen und Faktoren im Blut zu bewerten, die diese Neigung erhöhen können.

Abstract

Koronare Herzkrankheit (KHK) ist eine der Hauptursachen für Morbidität und Mortalität weltweit. Arteriosklerose, eine führende Ursache für CAD, ist initiiert von der Seelenwanderung des angeborenen Immunsystems Monozyten zu entzündlichen Websites hinterlegten Lipid namens fetthaltige Streifen, die in Arterienwände des Mediums zu großen Arterien vorhanden sind. Die pathogenen Läsionen in diesem frühen Stadium der Arteriosklerose zeichnet sich die Reifung von Monozyten, die in Arterien zu Schaumzellen oder Lipid-beladene Makrophagen zu migrieren. Beträchtlichen Beweis stützt die Hypothese, das Risiko von Arteriosklerose wird durch chronische Entzündungszustände Begleiterkrankungen wie rheumatoide Arthritis und HIV sowie allgemeine Alterung erhöht, und das dieses Risiko wird durch Monocyte vorhergesagt Aktivierung. Während Maus-Modelle eine gute Plattform bieten, um die Rolle von Monozyten in Atherogenese in Vivozu untersuchen, sie erfordern genetische Veränderung der natürlichen Cholesterin-Stoffwechsel und drastische Veränderung der normalen Maus Diäten, und haben nur begrenzte Eignung für die Studie der atherogenen Einflüsse der menschlichen Comorbid Krankheiten. Dies hat uns motiviert, ein menschlichen in-vitro- Modell zur Messung der atherogenen Potenzials von Monozyten von Individuen mit bestimmten Krankheitszuständen isoliert zu entwickeln. Derzeit sind menschlichen in-vitro- Modelle begrenzt, insofern sie Monocyte Seelenwanderung und Schaum Zellbildung isoliert zu bewerten. Hier beschreiben wir ein Protokoll in der Monozyten aus Patientenblut isolierte transmigrate in menschlichen Endothelzellen in einem Typ-1-Kollagen-Matrix und ihre Neigung zu Schaumzellen in das Vorhandensein oder Fehlen von exogenen Lipid heranreifen wird gemessen. Das Protokoll wurde für die Verwendung von menschlichen Monozyten von Personen mit HIV-Infektion und älteren Menschen, die HIV-nicht infizierten gereinigt validiert. Dieses Modell ist vielseitig und ermöglicht Monocyte Seelenwanderung und Schaum Zellbildung zu bewertenden Verwendung entweder Mikroskopie oder Durchflusszytometrie sowie ermöglicht die Beurteilung der atherogenen Faktoren im Serum oder Plasma zu präsentieren.

Introduction

Monocyte Seelenwanderung ist ein entscheidender Schritt in der Entwicklung von atherosklerotischen Plaques, die zu Thrombosen, Schlaganfall und Herzinfarkt führen kann. Arteriosklerotische Plaques entwickeln sich aus fetthaltige Streifen, in der Regel an den Standorten des geringen oszillierenden Blutflusses in Medium zu großen Arterien, wo hinterlegten Lipid trägt zur endotheliale Aktivierung und lokalisierte Entzündung¹vorhanden. Monozyten rekrutiert, Endothelzellen in fetthaltige Streifen über Monocyte chemotaktische Proteine (z. B. CCL2) und transmigrate in der Intima-². Im Anschluss an Seelenwanderung können Monozyten bilden atherogenen, Lipid-beladene Makrophagen Schaumzellen infolge Lipid-Aufnahme, Lipid-Synthese, Down-Regulierung des Cholesterins Ausfluss oder eine Kombination aus den oben genannten Faktoren genannt. Monozyten können auch Lipide in der Zirkulation zu sammeln und haben einen “schaumigen” Phänotyp, eventuell prädisponierende Zellen für Schaum Zelle Bildung^3,4. Schaumzellen sind das bestimmende Merkmal der fetthaltige Streifen und frühe arteriosklerotische Plaques und ihrer Entstehung wird von Lipid und Entzündungsmediatoren⁵beeinflusst. Monozyten haben alternativ die Möglichkeit, umzukehren transmigrate von der Arterie in die Blutbahn⁶, wodurch Lipid aus der Intima und Handeln zur Erhaltung der Gesundheit der Arterie entfernt.

Bestimmung der Neigung von Monozyten, transmigrate über arteriellen Endothel und Form Schaumzellen in der Intima oder umgekehrt transmigrate und Lipid aus die Plakette zu tragen, ist eine wesentliche Voraussetzung für das Verständnis der Rolle der Monocyte-Aktivierung bei der Erhöhung arteriosklerotische Risiko. Maus-Modellen der CADs wie Atherosklerose sind in Aufklärung Informationen in Echtzeit in Vivo auf fetthaltige Streifen/atherosklerotischen Plaque Entwicklung wichtig. Diese Modelle erfordern jedoch eine genetische Veränderung der natürlichen Verarbeitung Fähigkeiten dieser Tiere in der Regel verbunden mit drastischen Veränderungen in der Ernährung (z. B. das ApoE/Western-Typ-Diät Modell)^7,8, wodurch Cholesterin, Induktion unphysiologischen Anhäufung von zirkulierenden Lipid Ebenen der Antriebsentwicklung Plaque. Diese Modelle können Relevanz für chronische entzündliche menschlichen Erkrankungen wie HIV-Infektion begrenzt haben, die nicht zugeordnet sind erhöhte zirkulierende Cholesterin oder Low density Lipoprotein (LDL) Ebenen. Darüber hinaus Monocyte Biologie Unterschiede zwischen Menschen und Mäusen, die Prüfung der immunologische Fragen bezüglich der Relevanz der Subpopulationen von Monozyten (z. B. Mittelstufe Monozyten (CD14⁺⁺CD16⁺))⁹ schwierig. Dies ist wichtig, bei der Untersuchung der Mechanismen, die Herz-Kreislauf-Krankheit zu fahren, wie fortgeschrittene Monocyte zählt unabhängig kardiovaskuläre Ereignisse^10,11Vorhersagen. Während Tests existieren, um entweder Monocyte Seelenwanderung oder Schaum Zellbildung isoliert nacheinander zu messen, ist kein in-vitro- Test zur Quantifizierung der beide Aspekte der frühen Atherogenese verwenden die gleichen Zellen aus klinischer Kohorten validiert worden. Transwell Modelle verwenden ein modifizierte Boyden Zweikammer-System, wobei Zellen werden in die obere Kammer geladen und über eine poröse Kunststoff Barriere oder Cell Monolayer in eine untere Kammer, die in der Regel Medien mit Lockstoffgradient^{12 enthält} transmigrate ^{, 13}. während am meisten benutzt für die Analyse von Leukozyten Seelenwanderung, diese Modelle nicht in der Regel einen Layer für die Intima, was zu transmigrated Zellen migrieren in Lösung integrieren und lassen sich nicht für die Messung von Schaum Zelle Bildung oder umgekehrte Seelenwanderung die gleichen Zellen. Modelle von Schaumbildung Zelle machen sich dagegen nicht transmigratory-induzierte Änderungen Monozyten oder Auswirkungen der endotheliale Aktivierung, die dazu beitragen, Schaum-Zelle Bildung¹⁴bekannt ist. Darüber hinaus verursachen diese Systeme Schaum Zellbildung von Makrophagen eingehalten Zellplatten Kultur durch die Zugabe von Sättigung Konzentrationen von exogenen oxidierten Low density Lipoprotein (OxLDL)^15,16, eine wesentliche Induktor von Zelle Schaumbildung. LDL in diesen Modellen verwendeten ist daher oft durch nicht physiologisch relevanten Prozesse wie CuSO₄ Behandlung¹⁷, oxidiert die physiologische Bedeutung der Studien mit diesen Modellen in Frage zu stellen.

Hier beschreiben wir eine Probe, die quantifiziert Monocyte Seelenwanderung und Zelle Schaumbildung der gleichen Zellen erfordern nicht die Zugabe von exogenen OxLDL, somit besser modellieren die Rolle von Monozyten in Zelle Schaumbildung. Dieses Modell wurde ursprünglich von Professor William Muller (Northwestern University, Chicago)¹⁸entwickelt und weiterentwickelt in unserem Labor ex Vivo Atherogenicity von Monozyten isoliert unter nicht-Aktivierung bewerten Bedingungen von Einzelpersonen mit zugrunde liegenden entzündlichen Erkrankungen Begleiterkrankungen wie z. B. HIV-Infektion¹⁹ sowie Alterung²⁰, sind, die mit einem erhöhten Risiko für Arteriosklerose in Verbindung gebracht. Dieses Modell bietet auch eine Plattform für die Beantwortung der grundlegenden biologischen Fragen die Neigung der verschiedenen Monocyte Teilmengen Form Schaum Zellen²⁰, den Einfluss der endotheliale Aktivierung von Zytokinen wie TNF auf Zelle Schaumbildung¹⁴ , und die wandernden Eigenschaften von Monozyten wie die Tiefe und Geschwindigkeit der Seelenwanderung in Gele¹⁹. Darüber hinaus Monocyte Seelenwanderung und Schaum Zellbildung mit standard-Mikroskopie quantifiziert werden kann, live Cell Imaging, flow Cytometry und Bildgebung Durchflusszytometrie, daher bietet eine vielseitige Methode zur Bewertung der Rolle von Monozyten in Atherogenese.

Protocol

Hinweis: alle Experimente mit menschlichen biologischen Proben wurden mit Genehmigung der Ethik von Alfred Hospital Komitee der menschlichen Ethik, Melbourne durchgeführt. Alle Versuche wurden in Klasse II Biosicherheit Schränken durchgeführt, sofern nicht angegeben. " Prewarmed " bezieht sich auf Reagenzien auf 37 ° C in einem Wasserbad erwärmt. 1. Vorbereitung der Typ I faserigem Kollagen Gele: Tag1 Prepare polymerisiert Kollagen Gele nacheinander hinzufügen und Mis…

Representative Results

Quantifizierung der Monocyte Seelenwanderung Monozyten werden hinzugefügt, um das Modell wie in Abbildung 1beschrieben, und sechs Gele sind bereit für jede Bedingung. Monozyten für 6 Gele pro Spender (d.h., 5.0 x 104 Monozyten pro Gel 6 Gele = 3,0 x 105 Monozyten pro Spender) sind zu einem Endvolumen von 600 µL M199 Medien enthält die erforderlich…

Discussion

Das hier beschriebene Protokoll bietet eine vielseitige und physiologisch relevante Methode für die Bewertung der Atherogenicity von Monozyten aus menschlichen klinischen Kohorten durch die Kombination von Monocyte Seelenwanderung und Zelle Schaumbildung. Dieses Modell bietet Vorteile gegenüber alternativen Methoden der Zelle Schaumbildung wie es die Wirkung der Monocyte Seelenwanderung auf Zelle Schaumbildung berücksichtigt und die Messung von reverse Seelenwanderung⁶ neben der inhärenten erm…

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)