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在这里,我们描述了一种协议与活细胞视频显微结合使用荧光曲霉分生孢子记者评估初级人类免疫细胞的抗真菌活性在实时和流式细胞术。所生成的数据提供深入了解宿主细胞曲霉相互作用如杀真菌活性,吞噬作用,细胞迁移和真菌生长的抑制。
烟曲霉是一种条件真菌病原体引起免疫妥协的宿主侵入性感染具有高的病死率。研究调查对烟曲霉免疫反应已经缺乏体外测定特异性免疫细胞的抗真菌活性一致和可靠的试验的限制。描述了一种新的方法来评估主单核细胞和从对烟曲霉的人供体使用荧光曲霉记者(FLARE)分生孢子嗜中性粒细胞的抗真菌活性。这些分生孢子含有遗传编码的DsRed记者,其组成由活FLARE分生孢子表达,并用Alexa氟633,这是吞噬溶酶体内降解具有抗性,从而使之间存活和死亡的烟曲霉分生孢子区别是外部标记。视频显微镜,流式细胞仪随后被用于可视化互动分生孢子和先天免疫细胞之间的离子,评估杀真菌活性,同时还对吞噬细胞迁移,吞噬作用和真菌生长的抑制提供了丰富的信息。这种新颖的技术已经提供了令人兴奋的新见解对烟曲霉的主要免疫细胞的宿主-病原体相互作用。要注意执行该法,包括必要的显微镜和流式细胞仪设备所需的实验室设置,并与人供体的血液和基因操纵真菌工作能力是很重要的。然而,该测定能够产生大量的数据,并能揭示详细见解抗真菌响应。该协议已经被成功地用于研究针对烟曲霉初级免疫细胞的宿主-病原体的相互作用。
要注意进行这一测定所需的实验室设置,包括必要的显微镜和流式细胞仪F IT是非常重要的教学设施,并有能力与人类供体血液和遗传操作的真菌工作。然而,该测定能够产生大量的数据,并能揭示详细见解抗真菌响应。该协议已经被成功地用于研究针对烟曲霉初级免疫细胞的宿主-病原体的相互作用。
烟曲霉是一种条件真菌病原体,并在免疫受损宿主1,2侵袭性肺感染的最常见的真菌病因。理解宿主免疫细胞如何识别和消除黑是真菌研究的一个重要领域,然而,当前可用的杀菌试验有显著的局限性。测量的杀真菌活性的常用的方法包括比色测定和菌落形成单位3,4判定。然而,这些方法在一个单一的时间点,而不是观看主机和病原体之间的动态相互作用提供对真菌存活的信息。因此,真菌是否已被杀害或简单(临时)限制在生长或代谢活性,这些方法都没有考虑到。我们已经开发出能够观测fungici的方法直接DAL活性,同时同时捕获关于吞噬作用,吞噬细胞迁移和真菌生长的抑制的详细信息。
先前,协议,使用实时成像如由小鼠巨噬细胞系5以测量白色念珠菌的吞噬作用的装置发布。这个概念现在已经开发了进一步利用荧光记者曲霉 (FLARE)分生孢子6,7,8,以解决我们的免疫细胞曲霉相互作用的了解的知识差距。这些分生孢子表达红色荧光团(dsRed)组成的和标记有第二荧光团(Alexa氟633)。一旦FLARE分生孢子被杀害,它将停止生产DSRED,其余DSRED变淡,而AF633保持荧光并将其绑定到分生孢子。这将创建与活的和死夫有着明显的区别期间活细胞成像的细胞的NGAL和流式细胞术,并能够以下它们与免疫细胞相互作用个体分生孢子的命运的跟踪。
所描述的测定法提供可视化宿主免疫细胞和曲霉属之间的相互作用的有效方法,并且将在解开负责天然免疫细胞的抗真菌效应物机制的细胞信号传导途径是相当大的价值。其它应用包括可视化变化曲霉生长,如从静息到肿分生孢子,或从肿分生孢子到菌丝开关,如何影响吞噬细胞识别和功能。
以下方案详细描述了如何获得人单核细胞和嗜中性粒如何准备FLARE分生孢子;如何捕捉他们的回答与视频显微镜和流式细胞仪。虽然使用捐助血液中分离人体免疫细胞的在这里,这说明技术已使用各种鼠细胞群的证明同样有效。
用于获得中性粒细胞和外周血单核细胞(PBMC)的协议是基于以前出版的方法9。使用来自健康志愿者的血液样本已通过阿伯丁大学的人类研究伦理委员会。开始之前,确保所有的伦理审批到位从健康志愿者和/或病人抽血所描述实验的目的。在冰上保持在可能情况下,以增加他们的生存细胞。
1. 烟曲霉文化条件
2. 烟曲霉标签和制备
注意:当首次执行该测定中,制备亲本Af293- 烟曲霉菌株。采取两种菌株的样品中的微量离心管中并且如下所述仅标记每个菌株中的一个。这将允许一个有控制的分生孢子没有颜色和分生孢子用单一颜色,无论是红色荧光蛋白或AF633,测试设置和设备。
3.人体中性粒细胞和单核细胞的分离
4.流式细胞仪
5.活细胞显微视频
注意:显微镜的选择将取决于什么是本地可用的,但在显微镜的设置将需要包括倒置的阶段,加热至37℃和适当的激发/发射过滤器的DsRed(五百六十一分之五百三十二nm)与AF633环境室(633纳米)。 FLARE分生孢子不与488 nm激光代替五百六十一分之五百三十二nm激光对红色荧光蛋白的工作。当与此第一次执行该实验中,使用控制分生孢子没有颜色和单色测试对于背景荧光和红色荧光蛋白和AF633信道之间的渗出通过。
代表性的结果示下面所描述的协议。 图1示出与人类嗜中性粒细胞和FLARE分生孢子的代表性6小时的活细胞视频。红色荧光蛋白(红色)是由分生孢子自己,而他们已经用AF633(品红)表示。
图2是从从类似电影的单个时间点的图像作为显示在图1中 ,示出了间活的和死的FLARE分生孢子的差异。死分生孢子由失去他们的红色荧光蛋白(红色)信号,同时保持明亮AF633(品红色)的荧光从活分生孢子区分。 烟曲霉分生孢子经常吞噬超过6小时内生存。因此,为了有效杀死量化,流式细胞术示出了用于在图3中16小时温育期图。用一个肺泡巨噬细胞CE获得该数据LL线作为一个例子,但可以使用任何细胞类型中进行。 图4中的迁移显示在刺激人中性粒细胞,以及它们的速度和方向运动的第一个小时。 图5示出已摄取1个,2个,3个或更多个分生孢子而图6显示了萌发成菌丝分生孢子的数目嗜中性粒细胞和单核细胞的百分比。
图1:人嗜中性粒细胞和FLARE分生孢子的活细胞视频显微镜电影。嗜中性粒细胞从人血液中分离,并与在CO 2独立介质FLARE分生孢子以1:1的比率接种一起:3。成像是在37℃下直接发起了与一旋转盘共聚焦显微镜。图像是在1分钟和55秒的间隔在一段6小时来捕获。比例尺=10μm以下。甲在视频放大示出了具有分离的,以澄清在左上角与DIC的FLARE分生孢子的作用通道,红色荧光蛋白(红色)在右上角,AF633(绿色)在左下方和右下方的合并的视频。 请点击这里下载该视频。
图2:单一时间点图像展示之间活的和死FLARE分生孢子的差异。人中性粒细胞用FLARE分生孢子刺激,并用旋转盘共聚焦显微镜成像。图像从生成的电影拍摄。同时保持其AF633荧光(绿色:左下)信号:死孢子从菌丝由已经失去了他们的红色荧光蛋白(右上红)区别开来。 请点击此处查看该图的放大版本。
图3:量化与吞噬和烟曲霉分生孢子杀害验证。鼠肺泡巨噬细胞(MH-S)在一个1 FLARE分生孢子孵育:1的比例在伏立康唑的存在下16个小时。与活分生孢子相关MH-S细胞中示出了红色栅极(DsRed的+ AF633 +)。与死分生孢子相关MH-S细胞中示出了蓝色栅极(DsRed的-AF633 +)。旁观者MH-S细胞中示出了金栅极。卡尔科弗卢尔白,结合真菌细胞壁的细胞不可渗透的荧光染料,用于区分细胞外分生孢子从细胞内的分生孢子(卡尔科弗卢尔白+)(卡尔科弗卢尔白色 - )。作为一个额外的验证的方法,它被示为具有2μM细胞松弛素D中治疗抑制分生孢子摄取MH-S细胞。e.jove.com/files/ftp_upload/55444/55444fig3large.jpg">Please点击此处查看该图的放大版本。
图4:人嗜中性白细胞和抗烟曲霉的分生孢子的单核细胞迁移。嗜中性粒细胞从人血液中分离,并与在CO 2独立介质FLARE分生孢子以1:1的比率接种一起:3。成像是在37℃下直接发起了与一旋转盘共聚焦显微镜。图像是在1分钟和55秒的间隔在6小时的时间捕获。每场的所有单独的人中性粒细胞迁移的手动跟踪的使用跟踪软件对静息(A)和肿胀(B)分生孢子1个小时。数据表示为相同的供体的各条件1帧单元。曲折因子(C),的directio的量度纳尔运动和速度(D)然后,使用相同的软件进行定量。平均值±SEM对被示出具有每个供体30个细胞在2个独立实验3个供体。 *:P <0.05(韦尔奇校正t检验)。 请点击此处查看该图的放大版本。
图5:由人嗜中性白细胞和单核细胞,烟曲霉的分生孢子的吞噬作用。分别为3,:嗜中性粒细胞和单核细胞是从人血液中分离,并与在CO 2独立介质FLARE分生孢子接种在一起的比例为1。成像是在37℃下直接发起了与一旋转盘共聚焦显微镜。图像是在1分钟和55秒的间隔在一段6小时来捕获。吞噬作用测定为细胞含有的量刺激4个小时后荷兰国际集团FLARE分生孢子。数据被呈现为平均值±SEM从3个供体和在2个独立实验每个供体3帧。 请点击此处查看该图的放大版本。
图6: 由嗜中性粒细胞和单核细胞 ,烟曲霉 分生孢子发芽的抑制作用 。分别为3,:嗜中性粒细胞和单核细胞是从人血液中分离,并与在CO 2独立介质FLARE分生孢子接种在一起的比例为1。成像是在37℃下直接发起了与一旋转盘共聚焦显微镜。图像是在1分钟和55秒的间隔在6小时的时间捕获。真菌萌发的抑制是通过测量分生孢子是有细菌的百分比检查后共培养2,4和6小时inated。数据被呈现为平均值±SEM从3个供体和在2个独立实验每个供体3帧。 请点击此处查看该图的放大版本。
该方法描述了一种新颖的体外方法,研究对烟曲霉的人原代巨噬细胞使用荧光曲霉记者(FLARE)分生孢子,活细胞成像的抗真菌活性和流式细胞术。先前的研究已经证明了无论是在鼠实验真菌感染体内 和抗真菌免疫6,7的体外评估使用FLARE分生孢子的附加值。组合FLARE分生孢子与此下一代活细胞成像技术允许一个在安装过程中在体外动态相互作用以测量单个分生孢子生存能力。
所描述的方法来研究它们的抗真菌反应的免疫细胞的某些细胞过程的具体作用和重要性的潜力。此外,从患特定患者吞噬细胞的抗真菌反应在他们的免疫系统中定义的单个组件的缺陷可以更详细地评估。很早就和初始抗真菌响应可以非常详细地在连续成像的6小时进行研究。这允许待检测甚至细微的差别,如巨噬细胞迁移的朝向真菌的速度,内化速率,杀真菌事件12,这将使用常规方法的吞噬作用是无法区分的动力学。
任何细胞类型都可以在本方法中使用;选择在此使用的细胞类型,因为这些吞噬细胞构成防御在人呼吸道的第一和第二线对烟曲霉 13。有趣的是,可以单核细胞之间和中性粒细胞是如何与休息和肿分生孢子和菌丝接合可以观察到非常清晰的差异。单核细胞几乎没有迁移到分生孢子,而嗜中性粒细胞显示更多的迁徙活动。附加荧光三月KERS如免疫细胞活死标记可以被包括在试验提供见解以下曲霉相互作用吞噬细胞的生存。该技术有趣潜在的未来应用包括不同的宿主细胞类型的共培养物中,抗真菌反应的后果( 例如 ,在上皮单层,单核细胞衍生的树突状细胞与嗜中性粒细胞一起巨噬细胞),和反应性的实时测量以下用曲霉刺激氧的产生或嗜中性粒细胞的胞外陷阱的形成。
有几点需要注意使用该协议,最重要的是需要在实验室设置:具有倒置阶段的显微镜,环境室稳定在37℃,激发/发射过滤器的DsRed(五百六十一分之五百三十二nm)与AF633( 633纳米)。显微镜,以保持细胞在聚焦和保留油浸(米时特别相关的能力ULTI点采集)应该被周期性地监测由于成像的持续时间长。对于杀菌活性的定量流式细胞仪设备是必需的。此外,适当的体制和伦理审批需要在地方与健康供者和患者的血液样本和基因操纵真菌工作。强烈建议使用新鲜的血液样本(在同一天使用),增加细胞活力和维护功能。理想情况下,细胞的分离被绘制血样后立即进行和嗜中性粒细胞分离后立即成像。
总之,针对烟曲霉中描述了一种下一代活细胞成像技术来非常详细吞噬细胞的抗真菌活性评估。这项技术可以在对黑早期先天免疫防御提供了一个独特的见解单个细胞真菌的相互作用。
作者什么都没有透露。
医学真菌学真菌免疫学(SFB,JMB,JK,AW) - 这项工作已经由MRC和阿伯丁大学(MRC中心医学真菌学)和威康信托基金会战略奖支持。特别感谢的是从Chloe的资金支持。 TMH是由国立卫生研究院(NIH,代码RO1 093808)和纪念斯隆·凯特林癌症中心的资助是由美国国立卫生研究院授予P30 CA008748支撑。另外,TMH是传染病由宝来惠康基金支持的发病机制的调查。我们要感谢仔显微镜和组织学设施对他们的帮助和支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Glycerol | Sigma | G6279 | http://www.sigmaaldrich.com |
T75 flask | Greiner Bio-One | 658 175 | http://www.greinerbioone.com/ |
PBS | Gibco | 20012-019 | https://www.thermofisher.com/ |
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50 mL Falcon tube | Greiner Bio-One | 227 261 | http://www.greinerbioone.com/ |
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Biotin | Molecular Probes | B-6352 | https://www.thermofisher.com/uk/en/home/brands/molecular-probes.html |
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Streptavidin-AF633 | Molecular Probes | S-21375 | AF633 is the only tested fluorophore so far that remains visible in phagosomes. https://www.thermofisher.com/uk/en/home/brands/molecular-probes.html |
EDTA blood tubes | Greiner Bio-One | 455036 | Any blood tubes with an anti-coagulating agent should work. http://www.greinerbioone.com/en/start/ |
Ficoll-Paque Plus | GE Healthcare | 17-1440-03 | http://www3.gehealthcare.com/ |
Trypan blue | Thermo Fisher Scientific | SV3008401 | https://www.thermofisher.com/ |
HBSS | Gibco | 14170112 | https://www.thermofisher.com/uk/en/home/brands/gibco.html |
CD14 microbeads | Myltenyi Biotec | 130-050-201 | Other monocyte isolation methods can be used as well, we prefer this method as it gives a consistent high purity of monocytes without being labor intensive. http://www.miltenyibiotec.com/en/ |
MS Columns | Myltenyi Biotec | 130-042-201 | See comment at CD14 microbeads. http://www.miltenyibiotec.com/en/ |
RPMI + Glutamax | Gibco | 72400-021 | https://www.thermofisher.com/uk/en/home/brands/gibco.html |
CO2 independent medium | Thermo Fisher Scientific | 18045054 | Necessary if there is not sufficient CO2 exchange during imaging. https://www.thermofisher.com/uk/en/home |
µ-slide 8 well glass bottom | Ibidi | 80827 | This is the imaging dish that we use, however any glass imaging dish of proper size should work. http://ibidi.com/ |
UltraVIEW VoX 3D Live Cell Imaging System | Perkin Elmer | L7267000 | Includes volocity software for acquisition and analysis. http://www.perkinelmer.com/ |
Calcofluor white | Sigma | 18909 | http://www.sigmaaldrich.com/ |
Voriconazole | Sigma | PZ0005 | http://www.sigmaaldrich.com/ |
BD LSRII | BD Biosciences | Flowcytometer used. https://www.bdbiosciences.com/ |
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