Method Article
* Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen
This protocol describes the rapid non-enzymatic dissociation of fresh human tissue fragments for qualitative and quantitative assessment of CD45+ cells (lymphocytes/leukocytes) present in various normal and malignant human tissues. Additionally, the supernatant obtained from the primary tissue homogenate can be collected and stored for further analysis or experimentation.
Die Fähigkeit von Tumorzellen, das Immunsystem, gekennzeichnet durch Tumorflucht sowohl angeborenen und erworbenen Immunreaktionen entziehen wird nun als ein wichtiges Merkmal von Krebs angenommen. Unsere Forschung zu Brustkrebs konzentriert sich auf die aktive Rolle, die Tumor-infiltrierenden Lymphozyten in der Tumorprogression und der Behandlungserfolg spielen. Auf dieses Ziel, eine Methodik für die schnelle Isolierung von intakten lymphatischen Zellen von normalen und abnormalen Geweben haben wir in dem Bemühen, zu bewerten nahe ihrem nativen Zustand. Homogenate mit einem mechanischen Dissoziator zeigen sowohl erhöhte Lebensfähigkeit und Zellgewinnung unter Beibehaltung Oberflächenrezeptorexpression im Vergleich zum Enzym verdaute Gewebe vorbereitet. Außerdem hatte enzymatische Verdauung der verbleibenden unlöslichen Materials zusätzliche CD45 + Zellen anzeigt, dass qualitative und quantitative Messungen im Primär Homogenat wahrscheinlich wirklich infiltrieren Subpopulationen im Gewebe fragm reflektieren nicht wiederherstellenEintr. Die lymphoiden Zellen in diesen Homogenaten man einfach mit immunologischen (Phänotyp, Proliferation usw.) oder Molekular (DNA, RNA und / oder Protein), gekennzeichnet nähert. CD45 + Zellen können auch für die Reinigung Subpopulation, in vitro Expansion oder Kryokonservierung verwendet werden. Ein zusätzlicher Vorteil dieses Ansatzes ist, dass die Primärgewebe Stand aus den Homogenaten kann verwendet werden, um in normalen und malignen Geweben zu charakterisieren und zu vergleichen, Cytokine, Chemokine, Immunglobuline und Antigenen werden. Diese Protokoll-Funktionen sehr gut für den menschlichen Brustgewebe und sollte für eine breite Vielzahl von normalen und abnormalen Geweben.
The tumor microenvironment is composed of various cell types with numerous studies showing they each play distinct and important roles in tumorigenesis1,2. These include, but are not limited to, infiltrating immune cells, stromal cells, endothelial cells and tumor cells3. Ex vivo studies of tumor infiltrating lymphocytes (TIL; CD45+ cells or leukocytes, which are predominantly lymphocytes in breast tumors) from fresh human tissue samples is made difficult by their low frequency, the small sample sizes often available for research and the potential for loss of viability during extraction. Because immune cells infiltrating tumors are usually present as passengers rather than permanent residents in general they are easier to release from the tissue matrix.
Dissociating tumor tissue while maintaining cellular integrity is technically challenging and has traditionally been performed using a combination of mechanical and enzymatic steps to prepare single cell suspensions4-8. This approach involves lengthy incubation periods and is associated with a significant reduction in cell viability as well as the loss of cell surface receptors by enzymatic cleavage. High quality flow cytometric studies characterizing TIL in the tumor microenvironment as well as clean purifications of CD45+ subpopulations by flow cytometry or antibody-coated beads are more difficult to achieve from enzyme-digested tumor tissue. In addition, the supernatant (SN) from the resulting tumor homogenate is not amenable to further analysis including quantification of secreted proteins (cytokines, chemokines, immunoglobulins or tumor antigens) or experimental treatment of normal cells, because of the potential for protein degradation in the enzymatic digests.
In our search for a method to prepare single cell homogenates from breast tissues [including tumor, non-adjacent non-tumor (NANT) and normal (from mammary reductions) breast tissues] without enzymatic digestion, we tested a variety of mechanical homogenization techniques. Homogenates prepared using a mechanical dissociator had increased cell viability (2-fold) and total cell recovery (2-fold) while preserving surface receptor expression. Enzymatic digestion of the remaining insoluble material did not recover additional CD45+ cells suggesting they were all released in the initial homogenate. Thus, this rapid and simple approach allows both qualitative and quantitative assessment of the CD45+ subpopulations present in various normal and malignant human tissues. An added advantage of this approach is that the SN from the initial homogenate (primary tissue SN) can be collected and stored for further analysis or experimentation.
HINWEIS: Alle Proben wurden unter Verwendung eines Protokolls von der Medizinischen Ethik-Kommission des Instituts Jules Bordet mit schriftlicher Einwilligung von jedem Patienten erhalten genehmigt erworben.
1. Herstellung des Gewebehomogenats
2. Trennung der Gewebeüberstand und Zellen
3. Klärung der Gewebeüberstand
4. Patient Blut
5. Durchflusszytometrie
Enzymatische Verdauung von Gewebefragmenten entweder im Handel erhältlich Gewebedissoziation Lösungen oder verschiedene Labor Mischungen Kollagenase, DNase und / oder Hyaluronidase-Inhibitoren sind, schneiden eine Vielzahl von Rezeptoren auf der Oberfläche von Zellen. Unsere Studien, zunächst auf CD4 + T-Zellen infiltrieren Brusttumoren fokussiert wurden schnell mit einem großen technischen Problem wegen Spaltung Oberfläche CD4-Rezeptoren unter Verwendung von Standardprotokollen enzymatische Verdauung 4-8 dargestellt. Wir testeten eine Vielzahl von Collagenaseenzyme mit und ohne DNase-und Hyaluronidase-Inhibitoren, Feststellung, dass Collagenase I und II vollständig entfernt CD4 von der Zelloberfläche, trotz hoher Lymphozyten Lebensfähigkeit (3A). Eine moderate Wirkung auf CD4 wurde mit Collagenase IV in kurzen Inkubationszeiten beobachtet (1 - 2 h) mit niedriger CD4 Antikörpermarkierung in Faul Lymphknoten und Tumorgewebe festgestellt, verglichen mit unverdauten Blut und Knochenmark desselben Patienten (3B; beachten Sie, dass aufgrund der Beschränkungen auf das Gewebe, die wir erhalten konnte das verdauten und unverdauten Lymphknoten und Tumorgewebe) zu vergleichen. Dieser Verlust an CD4 wurde bestätigt, das ein Nebenprodukt der technischen Kollagenase IV Verdauung durch Vergleichen unverdaute verdaut und CD4 + T-Zellen von gesunden Spender Blut isoliert werden (Daten nicht gezeigt). Während diese CD4 lo T-Zellen können aus Kollagenase IV verdaute Gewebefragmente mit magnetischen Kügelchen isoliert werden, die gereinigten Populationen enthalten häufig unterschiedliche Mengen an Verunreinigungen durch andere Zellen aus dem Tumor-Mikroumgebung und so waren nicht optimal für unsere Versuchszwecken.
In einer kontinuierlichen Suche nach einem besseren Ansatz, im Jahr 2008, die wir getestet eine neue mechanische Dissoziator ohne Enzyme. Diese Vorrichtung erzeugt Brustgewebe-Homogenaten schnell und mit Oberflächenrezeptor Integrität gewahrt 9. Vertreter Durchflusszytometrie Dot-Plots des Tumors Zellhomogenaten folloFlügel Dissoziation und Markierung mit spezifischen Antikörpern gegen Epithelzellen (EpCAM) und Leukozyten (CD45) sind in Figur 3C gezeigt. Diese Bilder sind typische Routinebeobachtungen für Brusttumor Homogenaten. Dieses Protokoll hat die Lebensfähigkeit der CD45 + Zellen (4% tote Zellen) nicht signifikant; jedoch gibt es einen beträchtlichen Verlust an lebensfähigen EpCAM + Zellen (38% tote Zellen im Tumor gezeigt, variiert zwischen Tumoren). Trotz dieser Verluste kann die lebensfähige EpCAM + und CD45 + Teilmengen auf der Grundlage der Größe und Struktur in große Epithelzellen (= Tumorzellen), kleine Epithelzellen und große CD45 + Zellen und kleinen CD45 + Zellen (die meisten Zellen getrennt werden , die hauptsächlich sind Lymphozyten; 3C).
Der deutliche Anstieg der lebensfähigen CD45 + Zellen mit diesem Ansatz erhalten ermöglicht die Übernahme von reproduzierbaren multicolor Durchflusszytometrie Daten (mitbis zu zehn Farben), sich stärker prägen die TIL Teilmengen bei Brustkrebs. Repräsentative Durchflusscytometrie-Dot-Plots der Haupt TIL Teilmengen sind in Abbildung 4 dargestellt, mit den bisherigen Experimenten, die zeigen, dass es auch möglich ist, nachzuweisen und zu quantifizieren minor T und B-Zellen, die den Tumor infiltrierenden Subsets 10-12, einschließlich intrazelluläre Färbung für kanonisches T und B-Zell-Transkriptionsfaktoren 12. Gating Strategien für Lymphozyten auf lebensfähigen CD45 + Zellen mit einer Lebensfähigkeit Fleck identifiziert wurden. (Anmerkung: Tumoren kann stark in der Menge von Zelltrümmern und abgestorbenen Epithelzellen in Abhängigkeit von der BC-Subtyp, grade, etc variieren). Dieser Ansatz wurde erfolgreich verwendet, um Lymphozyten-Subpopulationen aus dem Homogenat mit magnetischen Kügelchen oder Zellsortierung zur Genexpressionsanalyse mit Mikroarrays oder qRT-PCR 9 zu reinigen. Lösliche Mediatoren in der SN, einschließlich Cytokine und Immunglobuline, wurden unter Verwendung einer Perlen- quantifiziert Immunoassay mit den mit der Größe der Gewebefragment normalisiert resultierenden Daten. Ein Vergleich der Cytokin-Expression (ein Th1 / Th2 / Th7 / Th9 / Th17 Pool) oder Gesamt-Immunglobuline (IgA, IgE, IgG, IgM) in BC SN mit SN von normalem Brustgewebe zeigt Steigerungen sowohl mit dem Tumorgewebe verbunden (Fig 5). Diese primären Gewebe SN wurden ebenfalls wirksam für Antigene 10-12 analysiert und verwendet werden, um experimentell zu behandeln Lymphozyten von gesunden Spendern, wodurch der TIL Phänotyp in normalen Zellen 9 reproduzieren.
Abbildung 1. Protokoll Flussdiagramm. Unser Verfahren für die Verarbeitung von frischen menschlichen Geweben und einige analytische Ansätze, die dann verwendet werden, um Lymphozyten infiltrieren menschlichen Geweben zu bewerten sind gezeigt.
. Figur 3. Optimierung des Brustgewebes Dissoziationskonstante für Lymphozytenanalyse Durchflusszytometrieanalyse von: (A) CD4-Oberflächenexpression auf Lymphozyten von unverdauter und Kollagenase I / II verdaut Tumorgewebe; (B) CD4-Expression auf Lymphozyten aus Lymphknoten und Tumorgewebe verdaut Witzh Kollagenase IV und verglichen, um unverdautes Blut und Knochenmarkzellen von dem gleichen Patienten; und (C) Analyse der gesamten Leukozyten (CD45 +) und Epithelzellen (EpCAM +) aus Tumorgewebe stark mechanisch durch die hier beschriebene Protokoll dissoziiert. Die Lebensfähigkeit der Epithelzellen und CD45 + -Zellen mit unserem Protokoll wird über den Einbau von fixierbar Lebensfähigkeit Farbstoff beurteilt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Abbildung 4. Tumor infiltriert Lymphozyten-Untergruppen in dem Homogenat. Multicolor Durchflusszytometrie wurde am Tag der Operation nach der mechanischen Dissoziation unter Verwendung der hier beschriebenen Protokoll. Die lebensfähigen Zellen und große Lymphozytensubpopulationen einWieder gezeigt: CD3 ist ein Pan-T-Zell-Marker, CD4- und CD8-T-Zellen sind wichtige Untergruppe Marker und CD19 ist ein pan B-Zell-Marker. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.
Abbildung 5. lösliche Mediatoren im Überstand. Eine Gruppe von Zytokinen (Th1 / Th2 / Th7 / Th9 / Th17) und Immunoglobulinen (IgA, IgE, IgG, IgM) wurde mit Kügelchen basierenden Immunoassays analysiert SN von normalen und BC abgeleitet beurteilt Geweben mit der hier beschriebenen Protokoll.
Diese Studie beschreibt ein optimiertes Verfahren für die schnelle Herstellung von normalen und malignen Brust Gewebehomogenaten ohne enzymatische Verdauung für nachfolgende Zellsortierung, Extraktion, Kryokonservierung und / oder phänotypische Analyse von CD45 + Subpopulationen. Das Ziel dieser experimentellen Ansatz ist es, Bilder der TIL, die ihre in vivo Zustand genau wieder und vergleichen sie mit normalen Geweben mit minimaler Manipulation der Gewebe frisch aus dem OP-Saal zu produzieren. Bis heute hat unser Labor dieses Protokoll zur Analyse> 250 frische BC Gewebe (Tumor und NANT),> 35 normalen Brustgewebe aus Brustreduktionen. Im Prinzip sollte dieses Protokoll direkt auf andere Tumor oder Gewebetypen sein; jedoch können einige Optimierung erforderlich sein (dh die mechanische Dissoziation Programm, Anzahl der Zyklen, Datenträger etc.). Für Gewebe mit geringer Lymphozyten-Infiltration, mit einem größeren Gewebefragment kann necess seinary, das ist, was wir für den normalen Geweben, wo die Lymphozytenzahl niedrig zu tun. Alternativ könnte eine Dichtegradientenzentrifugation Schritt zugegeben werden, um die Leukozyten-Suspension zu bereichern. Diese Analyse menschlicher T- und B-Zell-Subpopulationen infiltrierenden Brusttumoren schließt eine Bewertung von> 100 Marker mittels Durchflusszytometrie (Durchflusszytometrie Daten für 74-Marker in den Ergänzungsdaten von Gu-Trantien, et al. 9 verfügbar) und Reinigung von spezifischen Lymphozyten Subpopulationen für nachfolgende immunologische und molekulare Analysen. Ferner haben wir Cytokine, Chemokine, Immunglobuline und Tumorantigene in der Primärtumor SN bewertet (im Vergleich zu NANT und Normalgewebe SN) 10,11 als Reflexion dieser molekularen Mediatoren in der Tumor-Mikroumgebung. Außerdem haben wir testeten die Wirkung der Behandlung der peripheren Blutlymphozyten von gesunden Spendern mit Tumor SN und gezeigt, daß viele Veränderungen der Genexpression, die in dem TIL erkannt spezifisch vervielfältigt 9.
In ihrer Mikroumgebung werden die Tumor und Stromazellen enger in der Gewebematrix als die Immunzellen, die charakteristisch sind wandernde gehalten. Das hier beschriebene Verfahren stellt eine einfache und schnelle Möglichkeit zum Isolieren und Analysieren TIL ohne enzymatische Verdauung. Unsere zahlreichen Versuche, diese mechanische Homogenisierung Ansatz mit einer kurzen enzymatische Verdauung anzuschließen, um tragfähige und Rezeptor positive lymphoide und Epithelzellen aus der gleichen Tumorfragment, waren nicht erfolgreich zu produzieren. Gewebehomogenisierung effizient frei Lymphozyten, aber führt zu einem signifikanten Verlust an Tumorzelllebensfähigkeit. Eine kurze enzymatische Verdauung des Gewebes unter Bildung lebensfähiger Tumorzellen (die Gesamtzahl als eine Funktion der Verdauungszeit), hat aber zur Folge, dass eine parallele Abnahme der Expression von vielen Oberflächenrezeptoren, besonders deutlich auf Lymphozyten. So ist für die vergleichende Analyse von Tumorzellen und TIL aus derselben tumoder es ist noch notwendig, zwei aufeinanderfolgende Tumorfragmente getrennt zu verarbeiten.
Derzeit haben die meisten Studien zur Charakterisierung TIL enzymatische Verdauung (Stunden bis O / N) häufig mit irgendeiner Form der mechanischen Präparation 4-8 gekoppelt beschäftigt. Expansion von TIL für die weitere Analyse oder Therapie beinhaltet im Allgemeinen die nachfolgenden ex vivo Kultivierung von TIL oder Tumorgewebefragmente mit stimulierenden Mitteln (Tage bis Wochen), 13-15. Die schnelle, nicht-enzymatische Verfahren zur hier beschriebenen Gewebedissoziation stellt ein einfaches und reproduzierbares Mittel zum Extrahieren von intakten CD45 + Zellen aus normalen und abnormalen Gewebefragmente vor ihrer Expansion oder Analyse. Diese schnelle Akquisition von CD45 + Zellen aus Patienten, die sich Tumorektomie könnte möglicherweise zur Verwendung in einem prognostischen Biomarker Assay entwickelt werden. Darüber hinaus kann es mit TIL größeres Potenzial für ex vivo Expansion ergeben vor immunothe Adoptivtherapie.
The authors declare that no conflict of interest exists.
Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse unterstützt fromthe belgischen Fonds für wissenschaftliche Forschung (FNRS), Les Amis de l'Institut Bordet, FNRS Arbeit Télévie, Plan Krebs Belgien, Fonds Lambeau-Marteaux, Fonds JC Heuson und Fonds Barsy.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
GentleMacs Dissociator | Miltenyi Biotec | 130-093-235 | BD Medimachine is somewhat equivalent |
Centrifuge 5810 R | Eppendorf | or other standard table top centrifuge | |
Centrifuge 5417 R | Eppendorf | or other standard microcentrifuge | |
Esco Class II A2 Biosafety Cabinet | ESCO global | or other standard BSL2 hood | |
Inverted Microscope | Nikon eclipse TS100 | or other microscope compatible for a hemacytometer | |
Bürker Chamber | Marienfield | 640210 | or other standard hemacytometer |
Navios Flow Cytometer | Beckman Coulter | or other flow cytometer (8-10 color recommended) | |
GentleMacs C-Tube | Miltenyi Biotec | 130-096-344 | BD Medimachine uses Filcon |
Cell Culture Dish | Sarstedt | 72,710 | or other non-pyrogenic plasticware |
Disposable Scalpel | Swann-Morton | 0510 | or standard single use sterile scalpel |
BD Cell Strainer 40 µm | Becton Dickinson | 734-0002 | or other non-pyrogenic plasticware |
BD Falcon Tube 50 ml | Becton Dickinson | 352070 | or other non-pyrogenic plasticware |
BD Falcon Tube 15 ml | Becton Dickinson | 352097 | or other non-pyrogenic plasticware |
BD FACS Tube 5 ml | Becton Dickinson | 352008 | or other non-pyrogenic plasticware |
Sterile Pasteur Pipette 5 ml | VWR | 612-1685 | or other non-pyrogenic plasticware |
Microfuge Tube 1.5 ml | Eppendorf | 7805-00 | or other non-pyrogenic plasticware |
X-Vivo 20 | Lonza | BE04-448Q | serum-free medium recommended |
Phosphate buffered saline | Lonza | BE17-516F | standard physiological PBS |
Trypan blue | VWR | 17942E | or other vital stain |
VersaLyse | Beckman Coulter | A09777 | for flow cytometry experiments |
Fixable viability Dye eFluor 780 | eBioscience | 65-0865-14 | for flow cytometry experiments |
anti-CD3 FITC | BD Biosciences | 345763 | for flow cytometry experiments |
anti-CD3 Vio Blue | Miltenyi Biotec | 130-094-363 | for flow cytometry experiments |
anti-CD4 PE | BD Biosciences | 345769 | for flow cytometry experiments |
anti-CD4 APC | Miltenyi Biotec | 130-091-232 | for flow cytometry experiments |
anti-CD8 ECD | Beckman Coulter | 737659 | for flow cytometry experiments |
anti-CD8 PerCP | BD Biosciences | 345774 | for flow cytometry experiments |
anti-CD19 APC-Vio770 | Miltenyi Biotec | 130-096-643 | for flow cytometry experiments |
anti-CD45 VioGreen | Miltenyi Biotec | 130-096-906 | for flow cytometry experiments |
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