Method Article
Lymphocytes are the major players in adaptive immune responses. Here, we present a lymphocyte purification protocol to determine the physiological functions of the desired molecules in lymphocyte activation in vitro and in vivo. The described experimental procedures are suitable for comparing functional capacities between control and genetically modified lymphocytes.
B and T cells, with their extremely diverse antigen-receptor repertoires, have the ability to mount specific immune responses against almost any invading pathogen1,2. Understandably, such intricate abilities are controlled by a large number of molecules involved in various cellular processes to ensure timely and spatially regulated immune responses3. Here, we describe experimental procedures that allow rapid isolation of highly purified murine lymphocytes using magnetic cell sorting technology. The resulting purified lymphocytes can then be subjected to various in vitro or in vivo functional assays, such as the determination of lymphocyte signaling capacity upon stimulation by immunoblotting4 and the investigation of proliferative abilities by 3H-thymidine incorporation or carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester (CFSE) labeling5-7. In addition to comparing the functional capacities of control and genetically modified lymphocytes, we can also determine the T cell stimulatory capacity of antigen-presenting cells (APCs) in vivo, as shown in our representative results using transplanted CFSE-labeled OT-I T cells.
Mature lymphocytes generally exist in the resting state if there is no pre-existing infection or inflammation in the individual. Therefore, it is important to retain the naïve status of lymphocytes during the isolation process before performing in vitro or in vivo functional assays. The key to ensuring consistent and reproducible results is to limit any unnecessary manipulation of the cells.
Magnetic cell sorting utilizes antibodies and microbeads to label cells so as to enrich the cell population of interest. With this approach, there are two purification strategies: positive enrichment and negative depletion. Positive enrichment enriches the cell population of interest using an antibody that binds to the target cells. Negative depletion, on the other hand, depletes non-target cells, leaving the cell population of interest. In our lab, we prefer negative depletion to positive enrichment because the binding of antibodies to the target cells could potentially alter cell features and behavior. In fact, many established cell surface markers suitable for the isolation of a particular cell population are also functional receptors.
Magnetic cell sorting not only yields highly pure populations of viable target cells, it is also less time-consuming and avoids the cellular stress induced by high-pressure flow used in fluorescence-activated cell sorting (FACS). By labeling the unwanted cell populations and depleting them using a magnetic separation column, we are able to perform rapid cell isolation without compromising the viability of the target cell population. In this protocol, we demonstrate the use of negative depletion strategies to purify naïve B cells or T cells.
所有小鼠饲养和无特定病原体的条件下维持和所有小鼠协议按照机构动物护理和使用委员会的指导方针进行。
1.缓冲液和试剂的制备
2.代脾或淋巴结淋巴细胞悬液的
注:以制备用于小鼠安乐死之前实验所需的所有试剂和设备,并尽快产生淋巴细胞的单细胞悬浮液,以维持高的细胞存活率是重要的。
3. B和T细胞的分离纯化
4. CFSE标记和刺激
注:纯化的细胞可以经受多种在体外和体内功能性测定法。在这里,我们使用纯净的T细胞,以确定装甲运兵车5的T细胞的刺激能力。
5. 体外刺激
对于B细胞 | |
刺激 | 最终浓度 |
的F(ab')2山羊抗小鼠IgM | 0.6-2.4微克/毫升 |
抗小鼠CD40单克隆抗体 | 0.5-2微克/毫升 |
重组小鼠IL-4 | 25单位/毫升 |
脂多糖 | 0.1-10微克/毫升 |
(LPS)的来自大肠杆菌大肠杆菌血清型055:B5 | |
对于T细胞 | |
刺激 | 最终浓度 |
抗CD3(板涂层) | 2-10微克/毫升 |
(50μl/孔涂覆) | |
抗CD28(板涂层) | 2微克/毫升 |
重组IL-2 | 40单位/毫升 |
PDBu组(佛波酯) | 5-50纳克/毫升 |
A23187(钙离子载体) | 250纳克/毫升 |
表1:用于刺激在体外培养的淋巴细胞的刺激的浓度。
6. 在体刺激
淋巴细胞的磁性细胞纯化允许用户在一段相对短的量纯化的靶细胞群。使用我们的耗尽协议中,我们能够从72.8%(前纯化)增加的CD8 T细胞的百分比(OT-I在重组活化基因-1(RAG-1)缺陷小鼠)到94.2%(纯化后; 图1A)4,5。然后将这些纯化的淋巴细胞可用于下游功能测定来确定的淋巴细胞增殖和信号转导4,5。例如,我们可以研究的装甲运兵车体内 T细胞的刺激能力 通过CFSE标记,抗原特异性T细胞转移入野生型(WT)和与合适的抗原5免疫的突变体(MT)的小鼠。
在我们的代表实验中,我们转移纯化,CFSE标记,卵清蛋白(OVA)特异性OT-I CD8 T C厄尔分为对照(WT)和突变型(MT)小鼠和OVA蛋白的一天后免疫这些老鼠。免疫后3天里,我们收获淋巴结(近端和远端)和脾和术分析由流T细胞。 CD45等位基因形式可被用于更好的分割,CFSE标记,供体的OT-I CD8细胞从非标记,受体CD8 T细胞中分离出来。在这个例子中,供体和受体细胞来自CD45.1和CD45.2小鼠,分别为( 图1B)。尚存的CFSE水平,未刺激OT-I的T细胞在这个时间点被用于定义非增殖细胞( 图1C,虚线)的峰。在刺激时,在OT-I的T细胞的CFSE水平的强度将降低一半,每个分部。 T细胞的增殖可以由此通过计数数目的CFSE峰6,12来确定。在我们的代表性的结果,我们没有看到WT和MT装甲运兵车的交叉呈递能力(差异图1C中,实线),由于T细胞增殖在两小鼠率相似。
在一个单独的实验中,我们进行了[3 H] -胸苷掺入法学习激活控制和MT T细胞的细胞增殖。纯化的WT和MT T细胞与各种刺激刺激48小时,并用[3 H] -胸苷的最终8小时脉冲。在细胞周期的S期增殖细胞将结合的放射性标记的核苷酸,[3 H] -胸苷,到新合成脱氧核糖核酸(DNA),因此,使用液体闪烁计数,细胞增殖可通过测量[3 H]胸苷摄取。每分钟计数(CPM)的数量与[3 H] -胸苷摄取在增殖T细胞的量直接相关。在我们的代表性的结果,相对于C刺激后,从MT T细胞获得CPM的数量减少来自WT T细胞ounts表示MT的T细胞( 图1D)的损害的增殖能力。
以确定B细胞的增殖能力,我们纯化使用所述消耗策略脾B细胞。经纯化,我们能够从63.9%(精制前)增加B220 B细胞(WT小鼠)的百分比为98.4%(纯化后; 图2A)4。类似于纯化的T细胞,纯化的脾B细胞也可用于下游功能测定来评估淋巴细胞增殖和信号转导4。随后,我们标记纯化的WT脾B细胞用CFSE并用涂有补充有细胞因子IL-4的抗CD40板刺激这些细胞在体外 。刺激后三天,我们分析通过流式细胞术上可行,活化的B细胞。尚存的CFSE水平,未刺激的B细胞在这个时间点被用来定义非增殖细胞( 图2B,虚线)的峰值。类似的T细胞,B细胞的CFSE水平的强度将降低一半,每个分部6,12。
图1: 免疫后继转移纯化的OT-I的T细胞的CFSE型材从OT-I分离的细胞(A)的CD4和CD8染色。 RAG-1缺陷小鼠之前(上图)和后(下图)的非T细胞耗竭。 (B)从脾脏(SP)T细胞的代表性FACS图,近端淋巴结(PLN)和远端淋巴结(DLN)。捐助OT-I CD8 T细胞CD45.1阳性。从脾转移,CFSE标记的OT-I供体的T细胞(C)的代表性的CFSE型材(SP),近端淋巴结(PLN)和远端淋巴结WT的(DLN)(阴影曲线)和MT(实线)的受体小鼠以OVA蛋白和LPS免疫后3天。虚线表示,从WT受体小鼠OT-I T细胞免疫无(注射PBS)。激活控制或MT T细胞通过[3 H] -胸苷摄取测定法测量(D)的细胞增殖。结果以每分钟的计数(CPM)提出。纯化的对照(空心条)或MT(闭合巴)T细胞孵育在仅培养基(培养基)48小时或在板结合的抗CD3或抗CD3加抗CD28的存在下有或没有重组IL- 2。多克隆活化细胞被PMA(佛波酯)和A23(钙离子载体)触发。 请点击此处查看该图的放大版本。
图2:CFSE轮廓B细胞在体外 刺激。(A)的B220和(上面板)之前和之后(下图)非B细胞耗竭来自WT小鼠分离的脾细胞的CD3染色。 (B)后体外刺激的3天用抗CD40和IL-4板CFSE标记的WT(阴影曲线)脾B细胞的代表性CFSE轮廓。虚线表示CFSE标记的WT B细胞无刺激。 请点击此处查看该图的放大版本。
在这个协议中,我们展示了从淋巴器官淋巴细胞净化的过程。使用磁珠分选的细胞纯化是产生可行的,高度纯化的靶细胞快速和简单的方法。
该议定书中的关键步骤
细胞活力和细胞产量
体外造血保持系细胞的活力,是确保成功的和可重复的实验,是至关重要的。化学和生物试剂,次优实验条件或切除器官的不适当的储存条件都可以影响细胞活力。在从小鼠切除,淋巴器官需要储存在冰上,并尽快制备可能的单细胞悬浮液。也应避免细胞悬液的高速离心。此外,细胞沉淀应该由除去上清液后的手指弹管松开。不是这样建议重新暂停与大量介质,通过移液直接粒料。
大约有来自所有主要淋巴结2-4×10 7脾B细胞和2×10 7的T细胞可以从一个8-10周龄WT鼠标隔离。纯化的B细胞和T细胞(下面的预期值)的数量减少表示亚最佳条件下,如前面提到的。
细胞纯度
使用该协议分离的细胞的平均纯度为90%至95%,这是在体外或体内实验( 图1A)随后足够纯的范围内。这是最好不要分离,因为这样做可能会损害细胞纯度的过程中,用超载的细胞数目过多分离柱,由于列的有限结合能力。
FBS质量
该FBS的质量用于补充培养基为淋巴细胞的体外存活是至关重要的。 FBS的不同来源和批处理可以在其在体外淋巴细胞反应,以支持能力而变化。因此,为了测试不同类型的FBS找到一个给出具有低背景高特异性反应是很重要的。然后瓶的大量应保留作为储备。
修改和故障排除
CFSE标记条件
即使CFSE标记以纯RPMI工作的,我们已经发现,使用的FBS的PBS中的低百分比,在加载过程减少了细胞死亡,而不会影响标记的效率。此外,FBS的存在下离心期间最大限度地减少细胞的损失。
CFSE标记的一个重要方面是要确保为了形象化明显的峰,即使细胞的标记S中的代表细胞分裂。 CFSE超载可能导致在体外或体内标记细胞的恢复差增加的细胞死亡。另一方面,标签的过程中CFSE标记或异质性的靶细胞悬浮液不足可导致分辨不良CFSE峰12。因此,为了优化CFSE标记的条件是很重要的。 CFSE的用于标记的量应保持尽可能低,以降低过载潜在的毒性作用,但仍实现充分的标记的实验时间范围内刺激后检测很好分辨的峰。此外,为避免解决较差的峰,细胞团块应从之前CFSE装载单细胞悬浮液中除去。
细胞团块和细胞损失
关键的是要确保在继续,因为永久remova下一步骤之前使细胞完全重悬在实验过程中的细胞团块l的大大减少的细胞数。细胞团块通常具有降低细胞活力或细胞沉淀重新悬浮不足有关。
CFSE和发射光谱重叠
CFSE标记的细胞可进一步被一个一天中培养后的荧光团标记的抗体所定义,但是,这些CFSE标记的细胞仍然是一个天培养后明亮的荧光。使用缀合到明亮的荧光团具有最小量的发射光谱重叠的用CFSE,如藻红蛋白(PE)和藻红蛋白菁7(PeCy7)的抗体的组合,提供了最佳的染色结果。然而,补偿减少的发射光谱重叠仍然需要。此外,这是因为泄漏到FL-2声道信号CFSE(FL-1通道)的高强度,在FL-2通道已被扣除FL-2值的高比例,以达到选择进行补偿进制CFSE轮廓。可以参考由Quah 等人的 ,它提供了用于故障诊断CFSE标记和结果12的分析解决方案发表的论文。
替代CFSE
CFSE的发射光谱限制使用具有荧光素衍生物的CFSE的组合,如绿色荧光蛋白(GFP)和异硫氰酸荧光素(FITC)共轭的抗体。有,但是,在紫同样高的荧光强度和低毒性细胞(CTV,激发/发射:四百五十零分之四百零五纳米)其它市售细胞染料,黄色(CTY,580分之555纳米),远红(CTFR,630 / 661纳米或CPD670,670分之647纳米)和红色(PKH26,五百六十七分之五百五十一纳米)。使用细胞标记的染料具有不同的发射光谱提供实验设计的灵活性。另一方面,并非所有上述细胞标记染料可以产生不同的细胞分裂的峰。通过比较研究完成各种细胞标记染料的结论是,CTV为CFSE一个更好的替换,因为视使更多数量的明确定义的细胞分裂的峰13的检测。
限制
磁性细胞分选的主要限制是它仅适用于简单细胞分选。在我们的例子中,我们可以使用CD43耗尽脾所有非B细胞;然而,我们将不能够滤泡的B细胞从边缘区B细胞中分离出来。这些亚群只能与多个表面标记限定。虽然可以使用磁性细胞的细胞分选基于多个表面标记积极选择,它是依赖于专门准备,市售试剂,使微珠从靶细胞首轮在进行到第二标记前排序后的释放。因此,用户将完全依赖于市售的试剂盒。在这样的情况下,流式细胞仪我■在分离精制的细胞群体更为有利。
技术意义
基于抗体的细胞分选方法,例如磁性细胞分选和FACS,是最可靠的细胞分选技术迄今15。细胞分离的其它方法存在,包括密度为基础的和粘附的基础的技术,但是,淋巴细胞是贴壁不良细胞及其亚群是在密度比较类似,因此adherence-和技术要么不适用基于密度的或非常低效15 。
由于在引进,快速,简便,高细胞活力提及,并且独立于任何精良的设备具有磁性细胞分选FACS以上的获奖功能。特别是,负耗尽用磁性细胞分选标签和耗尽使用磁性分离柱不良细胞,同时隔离以最小的改性中的靶细胞ns到细胞表面和保持幼稚状态。
未来应用
使用这种基于磁的纯化技术纯化高度富集,可行,和幼稚淋巴细胞可经受的淋巴细胞的行为的各种功能测定法和在体外和体内信令机制。在这个协议中,我们证明了使用两种不同的细胞增殖测定- [3 H] -胸苷掺入法和CFSE细胞增殖试验-研究活化的淋巴细胞的细胞增殖的能力。
之间的选择的[3 H] -胸苷掺入法和CFSE细胞增殖测定在很大程度上取决于样品尺寸和实验条件。利用[3 H] -胸苷掺入实验检测与大样本产生高通量细胞增殖数据。为了确保最佳的[ 3 H] -胸苷摄取和结果的可重复性,[3 H] -胸苷应添加到培养时大部分细胞正在积极分裂。标记协议的优化需要不同的细胞类型和刺激。此外,由于[3 H] -胸苷,这种掺入法只能在体外进行,不同于细胞CFSE标记,其可以在体外 ( 图2B)被激活或继转移到受体小鼠( 图1B的放射性性质和1C)。
的CFSE细胞增殖测定,在另一方面,提供比的[3 H] -胸苷掺入细胞增殖的更多信息。自的CFSE的CFSE标记的细胞的强度一半与每个细胞分裂降低,可以确定细胞分裂的数目和细胞的各分割通过计数峰的数目和大小的比例 12,13。此外,CFSE标记的细胞可进一步根据通过流式细胞术使用相应的荧光团共轭抗体在它们的表面分子表达为不同的子集。最重要的是,不同于在最后时间点测定细胞增殖的[3 H] -胸苷掺入测定中,CFSE细胞增殖试验允许细胞分裂的跟踪,提供有关的细胞增殖能力的动力学详细信息。然而,CFSE细胞增殖试验可能不适合用于大量样品的大小的实验。
The authors have nothing to disclose.
这项研究是由教育部,新加坡教育部(ACRF Tier1-RG40 / 13层2-MOE2013-T2-2-038)的支持。这份手稿是由来自Obrizus通信艾米沙利文编辑。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Materials | |||
RPMI 1640 (without L-Glutamine) | Gibco | 31870025 | |
Fetal Bovine Serum | Heat inactivated | ||
L-glutamine | Gibco | 25030024 | |
Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15140114 | |
2-mercaptoethanol | Gibco | 21985023 | |
Anti-CD43 magnetic microbeads | Miltenyi Biotec | 130-049-801 | Mix well prior use |
Streptavidin microbeads | Miltenyi Biotec | 130-048-101 | Mix well prior use |
Anti-Annexin V magnetic beads | Miltenyi Biotec | 130-090-201 | Mix well prior use |
MACS LD | Miltenyi Biotec | 130-042-901 | |
96-well U-bottom sterile culture plate | Greiner Bio-one | 650180 | |
96-well F-bottom sterile culture plate | Greiner Bio-one | 655180 | |
100 μm cell strainer mesh | To sterilize using UV radiation prior use | ||
0.2 μm sterile disposable filter units | Nalgene | 567-0020 | Can be substituted with any sterile filter device |
CellTrace Violet | Invitrogen | C34557 | CTV for short; alternative to CFSE |
CellTrace Yellow | Invitrogen | C34567 | CTY for short; alternative to CFSE |
CellTrace Far Red | Invitrogen | C34564 | CTFR for short; alternative to CFSE |
Cell Proliferation Dye eFluor 670 | eBioscience | 65-0840 | CPD670 for short; alternative to CFSE |
PKH26 | Sigma Aldrich | PKH26GL | PKH26, alternative to CFSE |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Chemicals | |||
Dextrose | Sigma Aldrich | G7021 | |
Potassium phosphate monobasic | Sigma Aldrich | P5655 | |
Sodium phosphate dibasic | Sigma Aldrich | S5136 | |
Phenol Red | Sigma Aldrich | P0290 | |
Calcium chloride dihydrate | Sigma Aldrich | C7902 | |
Potassium chloride | Sigma Aldrich | P5405 | |
Sodium chloride | Merck Millipore | S7653 | Can use from other sources |
Magnesium chloride hexahydrate | Sigma Aldrich | M2393 | |
Magnesium sulfate | Sigma Aldrich | M2643 | |
Ammonium chloride | Sigma Aldrich | A9434 | |
Tris-base | |||
Dimethyl Sulfoxide | Sigma Aldrich | D8418 | |
(5-(and 6-) carboxyfluorescein diacetate succinimidyl ester (CFSE) | Molecular Probes | C-1157 | Reconstitute in DMSO |
Phorbol 12,13-dibutyrate (PBDU, Phorbol ester) | Sigma Aldrich | P1269 | |
A23187 (Calcium ionophore) | Sigma Aldrich | C7522 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibodies and recombinant protein | |||
CD11b biotin (clone m1/70) | Biolegend | 101204 | T cell depletion cocktail |
CD11c biotin (clone N418) | Biolegend | 117304 | T cell depletion cocktail |
Gr-1 biotin (clone RB6-8C5) | Biolegend | 108404 | T cell depletion cocktail |
Ter119 biotin (clone Ter119) | Biolegend | 116204 | T cell depletion cocktail |
TCR-γδ biotin (clone GL-3) | Biolegend | 118103 | T cell depletion cocktail |
CD19 biotin (clone 6D5) | Biolegend | 115504 | T cell depletion cocktail |
B220 biotin (clone RA3-6B2) | Biolegend | 103204 | T cell depletion cocktail |
CD49b biotin (clone DX5) | Biolegend | 108904 | T cell depletion cocktail |
CD4 biotin (clone GK1.5) | Biolegend | 100404 | T cell depletion cocktail |
CD8 biotin (clone 53-6.7) | Biolegend | 100704 | T cell depletion cocktail |
F(ab’)2 goat anti-mouse IgM (plate coated) | Jackson ImmunoResearch | 115-006-075 | 50 µl/well for coating (96-well) |
Anti-mouse CD40 mAb (plate coated) | Pharmingen | 553722 | 50 µl/well for coating (96-well) |
Recombinant IL-4 | ProSpec | Cyt-282 | |
LPS from E. coli Serotype 055:B5 | Sigma Aldrich | L-4005 | |
Anti-CD3 (clone clone OKT3) (plate coated) | eBioscience | 16-0037-85 | 50 µl/well for coating (96-well) |
Anti-CD28 (clone clone 37.51) (plate coated) | eBioscience | 16-0281-85 | 50 µl/well for coating (96-well) |
Recombinant IL-2 | ProSpec | Cyt-370 | |
Albumin from chicken egg white, Ovalbumin | Sigma Aldrich | A7641 |
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