Análisis de esputo de calidad controlada por citometría de flujo
Summary
Este protocolo describe un método eficiente para disociar el esputo en una suspensión de una sola célula y la posterior caracterización de subconjuntos celulares en plataformas citométricas de flujo estándar.
Abstract
El esputo, ampliamente utilizado para estudiar el contenido celular y otras características microambientales para comprender la salud del pulmón, se analiza tradicionalmente utilizando metodologías basadas en citología. Su utilidad es limitada porque la lectura de las diapositivas requiere mucho tiempo y requiere personal altamente especializado. Además, los desechos extensos y la presencia de demasiadas células epiteliales escamosas (SEC), o células de la mejilla, a menudo hacen que una muestra sea inadecuada para el diagnóstico. Por el contrario, la citometría de flujo permite el fenotipado de alto rendimiento de las poblaciones celulares, al tiempo que excluye los desechos y las SEC.
El protocolo presentado aquí describe un método eficiente para disociar el esputo en una suspensión de una sola célula, teñir y fijar poblaciones celulares, y adquirir muestras en una plataforma citométrica de flujo. Aquí se presenta una estrategia de cierre que describe la exclusión de escombros, células muertas (incluidas las SEC) y dobletes celulares. Además, este trabajo también explica cómo analizar células viables de esputo único basadas en un grupo de poblaciones positivas y negativas de diferenciación (CD)45 para caracterizar subconjuntos de linaje hematopoyético y epitelial. También se proporciona una medida de control de calidad mediante la identificación de macrófagos específicos del pulmón como evidencia de que una muestra se deriva del pulmón y no es saliva. Finalmente, se ha demostrado que este método se puede aplicar a diferentes plataformas citométricas proporcionando perfiles de esputo de un mismo paciente analizados en tres citómetros de flujo; Navios EX, LSR II y Lyric. Además, este protocolo se puede modificar para incluir marcadores celulares adicionales de interés. Aquí se presenta un método para analizar una muestra completa de esputo en una plataforma citométrica de flujo que hace que el esputo sea susceptible de desarrollar diagnósticos de alto rendimiento de enfermedad pulmonar.
Introduction
Los avances técnicos en el hardware y el software de los citómetros de flujo han permitido identificar muchas poblaciones celulares distintas simultáneamente1,2,3,4. La utilización del citómetro de flujo en la investigación de células hematopoyéticas, por ejemplo, ha llevado a una comprensión mucho mejor del sistema inmune2 y la jerarquía celular del sistema hematopoyético5, así como a la distinción diagnóstica de una multitud de cánceres sanguíneos diferentes6,7,8. Aunque la mayoría de las células de esputo son de origen hematopoyético9,10,11, la citometría de flujo no se ha aplicado ampliamente al análisis de esputo con fines diagnósticos. Sin embargo, varios estudios sugieren que la evaluación de las poblaciones de células inmunes en el esputo (el subconjunto más significativo de células) puede ser de gran ayuda en el diagnóstico y/o seguimiento de enfermedades como el asma y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC)12,13,14,15. Además, la existencia de marcadores epiteliales específicos que pueden ser utilizados en citometría de flujo permite el interrogatorio del siguiente subconjunto más significativo de células en esputo, células epiteliales pulmonares.
Además de la capacidad de analizar muchas poblaciones celulares distintas de diferentes orígenes tisulares, un citómetro de flujo puede evaluar un gran número de células en un período relativamente corto. En comparación, los tipos de análisis citológicos basados en diapositivas a menudo requieren personal y / o equipo altamente especializado. Estos análisis pueden ser intensivos en mano de obra, lo que lleva a que solo se analice una proporción de la muestra de esputo16.
Tres cuestiones críticas limitan el uso generalizado del esputo en la citometría de flujo. La primera cuestión se refiere a la recogida de esputo. El esputo se recoge a través de una tos que expulsa el moco de los pulmones a la cavidad oral, escupiendo posteriormente en una taza de recolección. Dado que el moco viaja a través de la cavidad oral, existe una alta probabilidad de contaminación por SEC. Esta contaminación complica el análisis de la muestra, pero el problema se rectifica fácilmente en una plataforma citométrica de flujo, como se muestra en este estudio.
No todo el mundo puede producir esputo espontáneamente; por lo tanto, se han desarrollado varios dispositivos para ayudar con la recolección de esputo de manera no invasiva17. El nebulizador es uno de esos dispositivos y se ha demostrado que produce muestras de esputo confiables18,19,20. Aunque el nebulizador es una forma muy efectiva de recolectar esputo de manera no invasiva, su uso aún requiere un ajuste en un centro médico con personal especializado21. Por el contrario, los dispositivos portátiles como la flauta pulmonar22,23,24 y la acapella16,25 se pueden utilizar en casa ya que son muy fáciles de usar. Estos dispositivos de asistencia son seguros y rentables.
Para nosotros, la acapella dio consistentemente mejores resultados que la flauta pulmonar16, y por lo tanto, el dispositivo de acapella ha sido elegido para las colecciones de esputo. Se decidió una muestra de recolección de 3 días porque el propósito principal del uso de esputo es desarrollar una prueba de detección de cáncer de pulmón16. Se ha demostrado que una muestra de 3 días aumenta la probabilidad de detección de cáncer de pulmón en comparación con una muestra de 1 o 2 días26,27,28. Sin embargo, otros métodos de recolección de esputo pueden ser preferibles para diferentes propósitos. Si se utiliza un método de recolección de esputo diferente al descrito aquí, se recomienda valorar cuidadosamente cada anticuerpo o colorante utilizado para el análisis citométrico de flujo; hay muy pocos datos disponibles sobre cómo los diferentes métodos de recolección de esputo afectan a las proteínas objetivo para la citometría de flujo.
El segundo problema que amortigua el entusiasmo por el uso de esputo para el diagnóstico, principalmente relacionado con la citometría de flujo, es el número de células. El problema es la recolección de suficientes células viables para un análisis confiable. Dos estudios demostraron que las muestras de esputo recolectadas por métodos no invasivos, con la ayuda de un dispositivo de asistencia, contienen suficientes células viables que pueden ser utilizadas en diagnósticos clínicos o estudios de investigación16,24. Sin embargo, ninguno de estos estudios abordó la cuestión del número de células con respecto a la citometría de flujo.
Para los estudios que forman la base de este protocolo, se recolectaron muestras de esputo de participantes con alto riesgo de desarrollar cáncer de pulmón siguiendo las pautas institucionales aprobadas para cada sitio de estudio. Los participantes de alto riesgo se definieron como entre 55 y 75 años, haber fumado 30 paquetes-año y no haber dejado de fumar en los últimos 15 años. A los pacientes se les mostró cómo usar el dispositivo de acapella de acuerdo con las instrucciones del fabricante29 y recogieron esputo durante tres días consecutivos en casa. La muestra se mantuvo en el refrigerador hasta la última recolección. El último día de recolección, la muestra se envió al laboratorio durante la noche con una compresa fría congelada. Las muestras se procesaron en una suspensión de una sola célula el día en que se recibieron. Con este método de recolección de esputo, se obtienen células viables más que suficientes para un análisis citométrico de flujo confiable.
Por último, y relacionado con el problema anterior del número de células, está la cuestión de cómo liberar las células de esputo de su entorno mucinoso. ¿Cómo se pueden mantener las células viables y crear una suspensión de una sola célula que no obstruya el citómetro de flujo? Basado en el trabajo inicial de Pizzichini et al.30 y Miller et al.31, este protocolo describe un método fácil y confiable para el procesamiento del esputo en una suspensión de una sola célula que es adecuada para el análisis citométrico de flujo. Este método ha utilizado pautas bien establecidas en citometría de flujo32,33,34 para desarrollar una estrategia eficiente de etiquetado de anticuerpos para identificar células hematopoyéticas y epiteliales en el esputo y proporcionar configuraciones de instrumentos, medidas de control de calidad y pautas de análisis que estandarizan el análisis de esputo en una plataforma citométrica de flujo.
Protocol
Representative Results
Discussion
El contenido celular del esputo incluye una gran variedad de células de gran alcance, a menudo acompañadas de una gran cantidad de escombros37. Además, el análisis del esputo requiere un control de calidad que confirme que la muestra se recoge del pulmón en lugar de de la cavidad oral38. Por lo tanto, no es tan sencillo analizar el esputo por citometría de flujo como lo es para la sangre, por ejemplo, que libera una suspensión celular mucho más limpia y homogénea. …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Queremos agradecer a David Rodríguez por su ayuda con la preparación de la figura. Las muestras de esputo se ejecutaron en el BD LSR II en el UT Health San Antonio Flow Cytometry Shared Resource Facility, con el apoyo de UT Health, NIH-NCI P30 CA054174-20 (CTRC en UT Health) y UL1 TR001120 (subvención de CTSA).
Materials
| 1% Paraformaldehyde Flow-Fix | Polysciences | 25037 | |
| 100 µM nylon cell strainers, Falcon #352360 | Fisher Scientific | 08-771-19 | |
| 3 M NaOH | EMD | SX0593-1 | |
| 50 mL conical falcon tube | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
| Alexa488 anti-human CD19 | BioLegend | 302219 | |
| Alexa488 anti-human CD3 | BioLegend | 300415 | |
| Alexa488 anti-human cytokeratin | BioLegend | 628608 | |
| Alexa488 PanCK, CD3, and CD19 Isotype | BioLegend | 400129 | |
| BV510 anti-human CD45 | BioLegend | 304036 | |
| CD66b FITC isotype | BD Biosciences | 555748 | |
| CompBead Plus Compensation Beads | BD Biosciences | 560497 | |
| Corning Polystyrene dispoable sterile bottle 250 mL | Fisher Scientific | 09-761-4 | |
| Corning Polystyrene dispoable sterile bottle 500 mL | Fisher Scientific | 09-761-10 | |
| CS&T beads | BD Biosciences | 655051 | |
| DTT | Fisher Scientific | BP172-5 | |
| FITC anti-human CD66b | GeneTex | GTX75907 | |
| Fixable Viability Stain | BD Biosciences | 564406 | |
| FlowCheck | Beckman Coulter | A69183 | |
| FlowSet | Beckman Coulter | A69184 | |
| HBSS | Fisher Scientific | 14-175-095 | |
| NAC | Sigma-Aldrich | A9165 | |
| NIST Beads, 05 μM | Polysciences | 64080 | |
| NIST Beads, 20 μM | Polysciences | 64160 | |
| NIST Beads, 30 μM | Polysciences | 64170 | |
| PE anti-human CD45 | BioLegend | 304039 | |
| PE-CF594 anti-human EpCAM | BD Biosciences | 565399 | |
| PE-CF594 CD206/EpCAM Isotype | BD Biosciences | 562292 | |
| PE-CR594 anti-human CD206 | BD Biosciences | 564063 | |
| Sodium citrate dihydrate | EMD | SX0445-1 | |
| Trypan Blue solution, 0.4% | Fisher Scientific | 15250061 |
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