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我们为现有的单核细胞单层测定 (MMA) 开发了增强功能和更新方法,其中巨噬细胞用于帮助更好地预测红细胞同种抗体在输血医学和免疫学中的临床相关性。该测定称为单核细胞-巨噬细胞测定 (M-MA)。
巨噬细胞来源于骨髓中的单核细胞,是大型的先天免疫细胞,在清除死细胞、碎片、肿瘤细胞和外来病原体方面发挥着重要作用。单核细胞与巨噬细胞的吞噬能力是一个不太清楚的概念。在这里,我们旨在使用已建立的单核细胞单层测定 (MMA) 的改良和更新版本来检查单核细胞与巨噬细胞,特别是 M1/M2 巨噬细胞对各种调理红细胞的吞噬作用的差异。从供体血沉棕黄层中分离外周血单核细胞 (PBMC)。使用纯化的单核细胞,通过 体外 培养和极化产生炎性 M1 和抗炎性 M2 巨噬细胞。收获 M1/M2 细胞并用于 MMA 样测定,我们称之为 M-MA,以破译各种红细胞抗体的临床显着吞噬作用。使用单核细胞时,吞噬指数 (PI) > 5 被认为具有临床意义的吞噬作用。使用 M1/M2 巨噬细胞时,> 12 的吞噬指数 (PI) 被认为具有临床意义的吞噬作用。与单核细胞和 M1 相比,M2 巨噬细胞吞噬调理素化红细胞的能力增强。相同的弱抗体 (anti-S) 仅使用 M2 巨噬细胞 (PI=43) 而不使用 M1 (PI=2) 或单核细胞 (PI=0) 产生显著的吞噬作用,并且使用各种抗体反复证明了这一点。使用 M2 巨噬细胞代替单核细胞可能会获得更准确的结果,因为这些细胞的吞噬能力更强,为测定提供了进一步的临床相关性。对不同红细胞抗体的进一步研究,包括用具有已知临床意义的抗体验证单核细胞-巨噬细胞试验 (M-MA),可能表明 M-MA 更有助于预测具有临床意义的红细胞同种抗体和输血反应。这种方法将推动输血医学和免疫学领域的发展。
预测输血反应仍然是输血医学领域的一项重大挑战。在过去的 4 年里,由 Tong 和 Branch 1,2 开创的单核细胞-单层测定 (MMA) 已成为一种有价值的体外细胞测定法,用于预测输血患者溶血的临床结果1。事实上,该检测有助于区分具有临床意义和不显著的红细胞 (RBC) 抗体2。虽然单核细胞传统上是该测定中使用的标准白细胞,但我们的研究旨在探索使用单核细胞衍生的巨噬细胞作为替代品的潜在好处。这些细胞可能会增强检测评估红细胞同种抗体临床相关性的能力。
在历史上的 MMA 中,单核细胞是巨噬细胞的前体,巨噬细胞是负责在不良输血反应期间清除和破坏红细胞的免疫细胞,与红细胞和抗体一起在体外测定中被引入 1,2,3,4,5,6,7.然后通过计数单核细胞内吞噬的红细胞来目视评估吞噬作用。吞噬指数 (PI) 为每 100 个单核细胞计数< 5 个吞噬红细胞,表明患者发生不良输血反应的风险降低,并且抗体被认为在临床上无关紧要 4,5,6,7。初步实验表明,使用外周血来源的单核细胞可能不是确定临床意义的理想选择,因为它们的吞噬能力低于活化的单核细胞和某些巨噬细胞。
单核细胞是在血液、脾脏和骨髓中发现的细胞亚群,占人类白细胞总数的 10%8。这些细胞通常会循环 1-2 天,然后被不同的组织募集,然后继续分化为巨噬细胞8。这通常发生在造血过程中,其中骨髓产生单核细胞,这些单核细胞被释放到循环中,成为驻留在脾脏和肝脏中的组织巨噬细胞2。巨噬细胞被称为抵御外来病原体的第一道防线,是大型吞噬单核细胞,在适应性免疫和先天免疫中发挥作用9。在免疫系统错综复杂的作用中,理解和表征巨噬细胞表型是一项尚未完全理解的巨大挑战。在过去的二十年里,巨噬细胞极化的概念得到了越来越多的认可,最近的研究使用单细胞 RNA 测序来辨别这些巨噬细胞存在的光谱。
经典激活的 M1 和 M1 样巨噬细胞出现在由 Toll 样受体 (TLR) 主导的炎症环境中10。这些细胞可能参与自身免疫性疾病和动脉硬化,并存在 MHC-II、CD80 和 CD86 等表面标志物11,12。抗炎 M2 和 M2 样巨噬细胞存在于以 Th2 反应为主的环境中,缺乏 CD80 表达,并存在 CD209 和 CD206 等表面标志物11,12。M1/M2 巨噬细胞可以从外周血单核细胞体外培养,脂多糖 (LPS) 和细胞因子如 GM-CSF 和 IFNγ (M1) 以及 M-CSF 和 IL-4 (M2) 刺激其极化10,12。
本手稿和相关研究旨在证明,与 M2 巨噬细胞和单核细胞相比,M1 巨噬细胞对吞噬作用的敏感性更高。在红细胞同种抗体和输血医学的背景下研究 M1/M2 巨噬细胞与单核细胞的吞噬活性是一个有待探索的领域。在这里,我们描述了当前正在进行的 M1/M2 巨噬细胞生成工作,并将经典的单核细胞单层测定 (MMA) 与新型单核细胞-巨噬细胞测定进行比较,使用首字母缩略词 M-MA 将这种巨噬细胞测定与单核细胞测定区分开来,以提高 体外 吞噬测定的预测价值。
这项研究是按照进行涉及人类受试者的伦理研究的机构指导方针进行的。获得加拿大血液服务研究伦理委员会 (REB) 的伦理批准,批准 CBSREB#2023.008。该方案的所有步骤均应在无菌条件下在生物安全柜中进行。
1. PBMC 的分离
2. M1/M2 巨噬细胞培养
3. 使用 M1/M2 巨噬细胞的 MMA
图 1 中的结果与文献一致,表明巨噬细胞从其 M0 状态成功极化到随后的 M1/M2 状态。M1 和 M2 巨噬细胞培养 8 天 (生长因子 6 天,极化 2 天),并测试抗 D 或抗 k 调理素红细胞 (图 2)。与 M1 相比,M2 巨噬细胞表现出较高的吞噬指数,红细胞被抗 D(对照)或抗 k 调理。该结果与使用 M-MA 进行的其他初步测试一致(见表 1)。与 M1 巨噬细胞或单核细胞相比,M2 巨噬细胞具有高度吞噬性,即使具有强 RBC 抗体(图 2B)。 表 1 显示了 4 种不同的 RBC 同种抗体的初步结果,这些抗体具有被认为具有临床意义的特异性。用于调理抗原阳性红细胞并添加到 MMA 中单核细胞的抗体显示吞噬作用较弱 (PI < 5)。用这些相同的抗体添加到 M1 巨噬细胞中调理素的红细胞也显示出弱吞噬作用 (PI < 12)。用添加到 M2 巨噬细胞中的相同抗体调理的红细胞显示出高度、显着的吞噬作用 (PI > 12),表明与单核细胞和 M1 相比,这些巨噬细胞可能能够更好地预测临床意义。 根据观察到的结果,我们可以得出结论,使用 M2 巨噬细胞可能更能预测输血医学中 RBC 抗体的临床意义。此外,当前的免疫学方法可能会发现适应本文中展示的方法很有用,因为它们提供了更准确的结果,并可能转化为临床相关性。然而,需要更多的研究来检查具有特异性的 RBC 抗体和表明其临床意义或不重要的临床数据,将 MMA 与 M-MA 进行比较。
图 1: M1/M2 巨噬细胞的极化和表征。 (A) 供体血沉棕黄层用于使用密度梯度分离提取外周血单核细胞 (PBMC)。然后从 PBMC 中分离 CD16 + / CD14 + 单核细胞,并置于两个培养瓶中,在 37 °C 下分化 6 天,并在第 4 天补充。分化培养基:M1-GM-CSF (2.5 ng/mL) 和 M2-M-CSF (50 ng/mL)。在144小时时将极化培养基加入每个相应的烧瓶中,并将巨噬细胞在37°C下再极化48小时。 极化介质:M1 – IFN-γ (50 ng/mL)、LPS (10 ng/mL) 和 GM-CSF (2.5 ng/mL)。M2 – IL-4 (20 ng/mL) 和 M-CSF (50 ng/mL)。然后可以收获细胞并标记细胞,以便通过流式细胞术进行表征或用于吞噬作用测定(图 2)。 (B) M1 与 M2 巨噬细胞体外形态。极化后 2 天拍摄的图像。A. M1 巨噬细胞呈现圆形和圆形形态。B. M2 巨噬细胞具有独特的、有弹性的、长的形态,两者都表明成功的极化。 (C) 以 CD80 (M1) 和 CD209 (M2) 为特征的 M1/M2 巨噬细胞的流式细胞术分析。M1/M2 巨噬细胞培养 8 天,并用 CD80-FITC 和 CD209-PECy7 标记,以使用流式细胞术进行表征。A. M1 巨噬细胞显示约 86.1% 的 CD80 表达和 0.17% 的 CD209 表达。B. M2 巨噬细胞显示 97.3% 的 CD209 表达和 0.003% 的 CD80 表达。 (D) CD80 和 CD209 在 M1/M2 巨噬细胞上的荧光信号。M1/M2 巨噬细胞培养 8 天,并用 CD80-FITC 或 CD209-PECy7 标记,以便通过流式细胞术进行表征。一个。CD80 在 M1 上的平均荧光强度 (MFI) 远高于 M2。CD209 在 M2 上的 MFI 远高于 M1。 请点击此处查看此图的较大版本。
图 2:单核细胞-巨噬细胞测定 (M-MA)。(A) M1/M2 与生长因子一起培养 6 天,然后用细胞因子培养 2 天以极化它们。然后将M1 / M 2巨噬细胞置于腔室载玻片中并在37°C下孵育2小时。使用所选抗体/血清调理素化RBC,并间歇混合孵育1小时,每15分钟一次。将纵的红细胞置于带有附着的巨噬细胞的腔室载玻片中,并在37°C下不受干扰地孵育2小时。用 PBS 洗涤载玻片;使用甲醇固定细胞并用黄烷醇封固。使用相差显微镜以40x计数细胞。吞噬指数 (PI) 是通过计数 300 个巨噬细胞和相应的吞噬红细胞来计算的。(B) M-MA 比较 M1 与 M2 巨噬细胞的抗 D 和抗 K。R2R2 是指 RhD+ 血液。K+k+ 是指杂合子 K+k+ 红细胞。误差线表示 SD,并进行了 t 检验,p 值< 0.05 被认为具有显著性。(C) M1 吞噬的抗 k 调理红细胞与M-MA 的 M2 巨噬细胞调理素。使用相差显微镜以 40 倍倍拍摄照片。一个。M1 巨噬细胞在用抗 k 调理素化的 RBC 中表现出很小的吞噬活性。b.M2 巨噬细胞显示出高吞噬活性,红细胞用抗 k 调理素。请单击此处查看此图的较大版本。
吞噬指数 (PI) | ||||
抗体 | IAT^ | 单 核 细胞* | M1** | M2*** |
反 FYa | 1-2+ | 3 | 4 | 13 |
抗 JKa | 1+ | 0 | 5 | 41 |
抗 S | 1+ | 0 | 2 | 43 |
抗 Dib | 1+ | 0 | 5 | 16 |
^使用抗 IgG 的间接抗球蛋白试验 | ||||
*使用单核细胞的单核细胞单层测定 (MMA);PI>5 被认为具有潜在的临床意义。 | ||||
**使用 M1 巨噬细胞的单核细胞-巨噬细胞测定 (M-MA);PI>12 被认为具有潜在的临床意义。 | ||||
使用 M2 巨噬细胞的 M-MA;PI>12 被认为具有潜在的临床意义。 |
表 1.与单核细胞 (MMA) 相比,在 M-MA 测定中使用 M2 巨噬细胞可能更能预测具有潜在临床意义的红细胞抗体。
为确保该方法的成功,必须遵循以下关键步骤:1) 成功的 M1/M2 极化,2) 巨噬细胞层的产生和 RhD + 对照 3) 吞噬指数的定量。虽然我们的方法规定使用分离的单核细胞进行细胞培养,但也可以使用 PBMC,但我们建议使用纯化的单核细胞。众所周知,PBMC 包含多种细胞类型,这些细胞分泌多种不同的细胞因子和介导因子。这可能对 M1/M2 巨噬细胞的分化或极化产生影响;因此,使用纯化的单核细胞会产生更好的结果。 此外,重要的是要记住,当使用 STEMCELL 单核细胞分离试剂盒时,将从原始量的 PBMC 中获得约 10% 的单核细胞。据观察,50 x 106 个 PBMC 是获得约 5 个 x106 个单核细胞的 PBMC 的最小起始数。用粘附的单核细胞洗涤培养瓶时,请务必使用旋转运动轻轻洗涤,以避免任何细胞分离。由于培养箱中发生蒸发,因此在培养的第 4 天进行培养基补充步骤是必要的。避免丢弃任何培养基并将培养基添加到培养瓶中,因为 M1/M2 分泌的细胞因子对分化很重要。2 天极化后,M1/M2 巨噬细胞可用于实验或在培养物中保存长达 7 天。极化的长度是灵活的,可以根据观察到的结果进行调整,但 2 天是成功极化的最短时间。仅在设置程序时才需要流式细胞术步骤。一旦检测正常运行并且重复运行成功表征了 M1/M2 细胞,请选择省略此步骤。获得的产量应为 M1 的 90% 左右 (CD80+ CCR7+ CD209-) 和 M2 的 85% 以上 (CD206+ CD209+ CD80-)。M1 可能对 CD209 或 CD206 呈阳性;这是正常的,因为这些标志物在 M1 上表达较弱,但仍表明极化成功。M2 巨噬细胞的 CD80 应始终呈阴性。
在 M-MA 中,必须小心地将巨噬细胞层放在腔室载玻片上。如有必要,M1/M2 的接种数可以降低多达每孔 250,000 个细胞,但通常应在 400,000-500,000 个细胞之间。较高的量可能会导致结块和不准确的读数。吸液或向腔室中添加溶液时要轻柔;移液管的尖端应仅接触孔的一角,避免弱粘附的细胞。为避免孔干燥,在添加溶液和更换培养基时,应一式三份进行技术工作。切勿触摸滑轨的前部;它可导致巨噬细胞或单核细胞的丢失。RhD + R2R2 红细胞用作 FcγR 介导的吞噬作用的阳性对照,以确保活性。虽然我们使用 RhD+ R2R2 红细胞进行调理素化,使用抗 D 进行阳性对照,但任何 RhD+ 红细胞都可以使用 1,2。在该测定中调理 RBC 时,请务必使用适当浓度的抗体。过量会导致红细胞结块和无法读取玻片。最后,建议多个实验室人员对玻片进行计数。使用显微镜进行手动定量可能很棘手,因为它是主观的,表明不同腔室孔和实验之间的计数差异很大。细胞计数视野的一致性和计数更多的细胞可能会获得更准确的结果。
这种方法的局限性包括量化吞噬指数的主观性质和供体血液的变异性。PBMC 从供体血沉棕黄层中提取以建立 M1/M2 细胞培养物,来自实验室的初步数据显示 M1 和 M2 吞噬活性的显着变异性取决于供体。与来自另一个供体的 M2 细胞相比,来自一个供体的 M2 细胞可能产生更高的吞噬指数。为了减少变异性并保持一致性,创建混合供体资源将是有益的,这也适用于 MMA 中使用的 RBC。尽管保持一致的方法,但 RBC/PBMC 供血之间始终存在轻微差异。
对 MMA 和 M-MA 的一个主要批评是计数单核细胞或巨噬细胞及其相应的吞噬红细胞 (RBC) 的固有主观性。尽管有既定的方案,但在显微镜下个体计数技术的差异是不可避免的。为了解决这个问题,实验室人员建立标准化的定量方法将是有益的,例如在视野中定义一个一致的起点或增加计数的样本量。实施这些措施将提高细胞计数的一致性和准确性,最终获得更可靠的结果和结论。
作者没有什么可披露的。
这项工作得到了安大略省多伦多市加拿大血液服务中心创新中心的支持和资助。研究在安大略省多伦多市圣迈克尔斯医院的基南生物医学科学研究中心进行。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1X PBS, pH 7.4, without Ca2+/Mg2+ | Wisent Bioproducts | 311-425-CL | Store at 4 degrees or room temperauture |
AccutaseTM | STEMCELL Technologies | 7920 | Cell detachment solution |
ACK Lysis Buffer | STEMCELL Technologies | 07850, 07800 | Store at 4 degrees |
Anti-Human Globulin | NOVACLONE, Immunocor. | N/A | NOVACLONE Anti-igG for IAT testing |
Anti-Rh(D) (WinRho. SDF CDN) | Saol Therapeutics | 1003092 | Any commerical source of Rh immune globin will suffice |
Cell Scraper | UofT Medstore | 83.395 | cell detachement |
Cell Strainer 70uM nylon | Falcon | 352350 | filter of cells |
Chamber slide Nunc. Lab-TekTM II with Cover, RS Glass Slide Sterile | Thermo Fisher Scientific | 154534 | chamber slides for MMA |
Coverslips | VWR | 48393-081 | 24 x 50 mm |
Cytiva Ficoll Paque Plus, density 1.077 g/L | Thermo Fisher Scientific | 17-1440-03 | sepeation of PBMCS from whole blood; density gradient medium |
Elvanol Mounting Medium | N/A | N/A | Dulbecco’s PBS (D-PBS) without Ca2+/Mg2+, 15% (w/v) polyvinyl resin, and 30% (v/v) glycerine. |
Fresh whole blood (ACD tube) or Buffy coat | Canadian Blood Services | May rest at room tempruatre for up to 36 hours | |
Human Recombinant GM-CSF | STEMCELL Technologies | 78015.1 | Cytokine for polarization of M1 macrophages |
Human Recombinant IFN-gamma | STEMCELL Technologies | 78020 | Cytokine for polarization of M1 macrophages |
Human Recombinant IL-4 | STEMCELL Technologies | 78045.1 | Cytokine for polarization of M2 macrophages |
Human Recombinant M-CSF | STEMCELL Technologies | 78057.1 | Cytokine for polarization of M2 macrophages |
ID-CellStab | Bio-Rad | 005650 05740 | RBC cell storage/stabilization solution |
Isolation Medium | N/A | N/A | PBS Ca2+ and Mg2+ free + FBS 2% + 1mM EDTA |
Lipopolysaaracide (LPS) | Sigma Aldrich | L3024-5MG | Cytokine for polarization of M1 macrophages |
Methanol (100%) | N/A | N/A | Fixing of slides |
Monocyte Isolation Kit STEM-cells EasySep Human Monocyte Enrichment Kit without CD16 Depletion | STEMCELL Technologies | 19058 | Isolation of monocytes from PBMCs |
Poly-D-ysine | UofT Medstore | P6407 | Cell attachment solution |
Rh(D) positive R2R2 RBCs | Canadian Blood Services | N/A | Also commerically avaiable |
RPMI-1640 | Wisent Bioproducts | 350-000-CL | supplemented with 10% heat-inactivated FBS,1 mM GlutaMAX supplement, 1 mM HEPES, and 1%penicillin/streptomycin. Store at 4 degrees. |
Trypan Blue solution | Thermo Fisher Scientific | 15250061 | Cell counting solution |
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