Aislamiento de adipocitos viables y fracción vascular estromal a partir de tejido adiposo visceral humano adecuado para análisis de ARN y fenotipado de macrófagos

Summary

Este protocolo proporciona un método eficiente de digestión de colagenasas para el aislamiento de adipocitos viables y células de la fracción vascular estromal-SVF de grasa visceral humana en un solo proceso, incluida la metodología para obtener ARN de alta calidad de los adipocitos y la fenotipificación de los macrófagos SVF mediante la tinción de múltiples marcadores unidos a la membrana para su análisis por citometría de flujo.

Abstract

El tejido adiposo visceral (VAT) es un órgano metabólico activo compuesto principalmente por adipocitos maduros y células de la fracción vascular estromal (SVF), que liberan diferentes moléculas bioactivas que controlan los procesos metabólicos, hormonales e inmunológicos; Actualmente, no está claro cómo se regulan estos procesos dentro del tejido adiposo. Por lo tanto, el desarrollo de métodos que evalúen la contribución de cada población celular a la fisiopatología del tejido adiposo es crucial. Este protocolo describe los pasos de aislamiento y proporciona las pautas de resolución de problemas necesarias para el aislamiento eficiente de adipocitos maduros viables y SVF de biopsias de VAT humanas en un solo proceso, utilizando una técnica de digestión enzimática de colagenasa. Además, el protocolo también está optimizado para identificar subconjuntos de macrófagos y realizar el aislamiento de ARN de adipocitos maduros para estudios de expresión génica, lo que permite realizar estudios de disección de la interacción entre estas poblaciones celulares. Brevemente, las biopsias de VAT se lavan, se pican mecánicamente y se digieren para generar una suspensión unicelular. Después de la centrifugación, los adipocitos maduros se aíslan por flotación del gránulo de SVF. El protocolo de extracción de ARN garantiza un alto rendimiento de ARN total (incluidos los miARN) de los adipocitos para los ensayos de expresión posteriores. Al mismo tiempo, las células SVF se utilizan para caracterizar subconjuntos de macrófagos (fenotipo proinflamatorio y antiinflamatorio) mediante análisis de citometría de flujo.

Introduction

El tejido adiposo blanco está compuesto no solo por células grasas o adipocitos, sino también por una fracción de células no grasas conocida como fracción vascular estromal (SVF), que contiene una población celular heterogénea formada por macrófagos, otras células inmunitarias como células T reguladoras (Tregs) y eosinófilos, preadipocitos y fibroblastos, rodeados de tejido vascular y conectivo ^1,2. El tejido adiposo (TA) es considerado actualmente un órgano que regula los procesos fisiológicos relacionados con el metabolismo y la inflamación a través de adipoquinas, citocinas y microRNAs producidos y liberados por diferentes células en el tejido, con efectos autocrinos, paracrinos y endocrinos ^3,4. En el ser humano, el tejido adiposo blanco comprende el tejido adiposo subcutáneo (SAT) y el tejido adiposo visceral (VAT), con importantes diferencias anatómicas, moleculares, celulares y fisiológicas entre ellos ^2,5. El SAT representa hasta el 80% de la TA humana, mientras que el VAT se localiza dentro de la cavidad abdominal, principalmente en el mesenterio y el epiplón, siendo metabólicamente más activo⁶. Además, el VAT es un órgano endocrino que secreta mediadores con un impacto sustancial en el peso corporal, la sensibilidad a la insulina, el metabolismo de los lípidos y la inflamación. En consecuencia, la acumulación de IVA conduce a la obesidad abdominal y a enfermedades relacionadas con la obesidad como la diabetes tipo 2, el síndrome metabólico, la hipertensión y el riesgo de enfermedades cardiovasculares, lo que representa un mejor predictor de mortalidad asociada a la obesidad 6,7,8,9.

En condiciones homeostáticas, los adipocitos, macrófagos y otras células inmunitarias cooperan para mantener el metabolismo del VAT a través de la secreción de mediadores antiinflamatorios¹⁰. Sin embargo, la expansión excesiva del VAT promueve el reclutamiento de células T activadas, células NK y macrófagos. De hecho, en el VAT magro, la proporción de macrófagos es del 5%, mientras que esta proporción se eleva hasta el 50% en la obesidad, con polarización de macrófagos de fenotipo antiinflamatorio a proinflamatorio, generando un ambiente inflamatorio crónico^10,11.

Como consecuencia de la pandemia de obesidad, han surgido una cantidad asombrosa de reportes que abordan diferentes temas de investigación del IVA, incluyendo la biología de los adipocitos, la epigenética, la inflamación, las propiedades endocrinas y las áreas emergentes como vesículas extracelulares, entre otros 8,10,12,13. Sin embargo, a pesar de que el ambiente VAT está definido por la diafonía entre los adipocitos y los macrófagos residentes o entrantes, la mayoría de los estudios se han centrado en una sola población celular, y existe escasa información sobre la interacción de estas células en el VAT y sus consecuencias fisiopatológicas^11,14. Además, se realizaron valiosos estudios que abordaron la interacción adipocito-macrófago en la TA utilizando líneas celulares que carecían de las condiciones de cebado in vivo 11,14,15. Una estrategia adecuada para diseccionar la interacción o la contribución particular de estas células en el VAT requiere el aislamiento de ambos tipos celulares a partir de la misma biopsia de grasa para realizar ensayos in vitro que reflejen lo más similares posible las propiedades in vivo que regulan el metabolismo del VAT.

A pesar de que los métodos de disociación no enzimática basados en fuerzas mecánicas para romper la TA aseguran una mínima manipulación, estos métodos no pueden ser utilizados si el objetivo es estudiar las células SVF, ya que tienen menor eficiencia en la recuperación celular y baja viabilidad celular en comparación con los métodos enzimáticos, y se necesita un mayor volumen de tejido^16,17. La digestión enzimática mediante colagenasa es un método suave que permite una digestión adecuada del colágeno y de las proteínas de la matriz extracelular de los tejidos fibrosos como WAT¹⁸ y se utiliza con frecuencia cuando la tripsina es ineficaz o dañina¹⁹. El protocolo proporciona pautas fundamentales de resolución de problemas para el aislamiento eficiente de adipocitos maduros viables y células SVF de biopsias de VAT humanas en un solo proceso, utilizando una técnica de digestión enzimática de colagenasa, que brinda información para garantizar altos rendimientos (cantidad, pureza e integridad) de ARN total de adipocitos maduros, incluidos microARN, para aplicaciones de expresión posteriores. Al mismo tiempo, el protocolo se optimiza para identificar subconjuntos de macrófagos de células SVF mediante la tinción de múltiples marcadores unidos a la membrana para su posterior análisis mediante citometría de flujo²⁰.

Protocol

Este protocolo fue aprobado por el IRB del Instituto Nacional de Perinatología (212250-3210-21002-06-15). La participación fue voluntaria y todas las mujeres inscritas firmaron el consentimiento informado. 1. Recolección de tejido adiposo visceral Obtener biopsias de IVA a través de omentectomía parcial durante la cesárea de mujeres adultas sanas con embarazos únicos a término sin trabajo de parto. Tras el cierre uterino y la hemostasia, se procede a identificar el …

Representative Results

Este protocolo describe un método enzimático que utiliza la digestión de colagenasa seguida de centrifugación diferencial para aislar, en un solo proceso, adipocitos maduros viables y células SVF de biopsias de IVA obtenidas de gestantes sanas después de una omentectomía parcial. En este caso, utilizamos los adipocitos para la extracción de ARN y el SVF para el fenotipado de macrófagos. El protocolo de extracción de ARN permitió obtener ARN con una pureza adecuada, alta integridad y…

Discussion

El IVA juega un papel crucial en la regulación metabólica y la inflamación. El creciente interés en el papel de los adipocitos y las células inmunitarias en la inflamación crónica asociada a la obesidad ha llevado al desarrollo de diferentes técnicas para separar la FVS y las células grasas presentes en la TA. Sin embargo, la mayoría de las técnicas no permiten obtener estos dos conjuntos diferentes de células viables para aplicaciones posteriores a partir de la misma biopsia de VAT en un solo procedimiento, …

Materials

0.2 mL PCR tubes	Axygen	PCR-02-C	RNase, DNase free and nonpyrogenic
1.5 mL microcentrifuge tubes	Axygen	MCT-150-C	RNase, DNase free and nonpyrogenic
10 mL serological pipettes	Corning	CLS4101-50EA	Individually plastic wrapped
10 µL universal pipet tip	Axygen	T-300-L-R	RNase, DNase free and nonpyrogenic
10 µL universal pipet tip	Axygen	T-300-R-S	RNase, DNase free and nonpyrogenic
1000 µL universal pipet tip	Axygen	T-1000-B-R	RNase, DNase free and nonpyrogenic
2.0 mL microcentrifuge tube	Axygen	MCT-200-C	RNase, DNase free and nonpyrogenic
200 µL universal pipet tip	Axygen	T-200-Y-R	RNase, DNase free and nonpyrogenic
2100 Bioanalyzer Instrument	Agilent	G2939BA	–
2101 Bioanalyzer PC	Agilent	G2953CA	2100 Expert Software pre-installed in PC
5 ml Round Bottom Polystyrene Test Tube	Corning	352003	Snap cap, sterile
50 mL centrifuge tubes	Corning	CLS430828-100EA	Polipropilene, conical bottom and sterile
Acid-guanidinium-phenol based reagent	Zymo Research	R2050-1-200	TRI Reagent or similar
Agilent RNA 6000 Nano Kit	Agilent	5067-1511	–
Agilent Small RNA Kit	Agilent	5067-1548	–
APC/Cy7 anti-human CD14 Antibody	BioLegend	325620	0.4 mg/106 cells, present on monocytes/macrophages, clone HCD14
Baker	–	–	250 ml, non sterile
Bovine serum albumin	Sigma-Aldrich	A3912-100G	Heat shock fraction, pH 5.2, ≥96%
Chip priming station	Agilent	5065-9951	–
Collagenase type II	Gibco	17101-015	Powder
D-(+)-Glucose	Sigma-Aldrich	G8270-100G	Powder
Direct-zol RNA Miniprep	Zymo Research	R2051	Supplied with 50 mL TRI reagen
Dissecting forceps	–	–	Steel, serrated jaws and round ends
Dissection tray	–	–	Stainless steel
Ethyl alcohol	Sigma-Aldrich	E7023-500ML	200 proof, for molecular biology
FACS Flow Sheath Fluid	BD Biosciences	342003	–
FACS Lysing Solution	BD Biosciences	349202	–
FACSAria III Flow Cytometer/Cell Sorter	BD Biosciences	648282	–
FASCDiva Software	BD Biosciences	642868	Software v6.0 pre-installed
Hemacytometer	Sigma	Z359629-1EA	–
Manual cell counter	–	–	–
Mayo dissecting scisors	–	–	Stainless steel
Microcentrifuge	–	–	Adjustable temperature
Nanodrop spectrophotometer	Thermo Scientific	ND2000LAPTOP	–
Orbital shaker	–	–	Adjustable temperature and speed
P10 variable volume micropipette	Thermo Scientific-Finnpipette	4642040	1 to 10 μL
P1000 variable volume micropipette	Thermo Scientific-Finnpipette	4642090	100 to 1000 μL
P2 variable volume micropipette	Thermo Scientific-Finnpipette	4642010	0.2 to 2 μL
P200 variable volume micropipette	Thermo Scientific-Finnpipette	4642080	20 to 200 μL
PCR tube storage rack	Axygen	R96PCRFSP	–
PE/Cy5 anti-human HLA-DR Antibody	BioLegend	307608	0.0625 mg/106 cells, present on macrophages, clone L243
PE/Cy7 anti-human CD45 Antibody	BioLegend	304016	0.1 mg/106 cells, present on leukocytes, clone H130
Phosphate buffered saline	Sigma-Aldrich	P3813-10PAK	Powder, pH 7.4, for preparing 1 L solutions
Pipette controller	–	–	–
Red Blood Cells Lysis Buffer	Roche	11 814 389 001	For preferential lysis of red blood cells from human whole blood
Refrigerated centrifuge	–	–	Whit adapter for 50 mL conical tubes
Sterile Specimen container	–	–	–
Transfer pipette	Thermo Scientific-Samco	204-1S	Sterile
Trypan Blue	Gibco	15250-061	0.4% Solution
Tube racks	–	–	For different tube sizes
Vortex Mini Shaker	Cientifica SENNA	BV101	–