Method Article
Qui presentiamo una strategia di immunofenotipizzazione per la caratterizzazione della differenziazione dei megacariociti, e mostriamo come tale strategia consente lo smistamento dei megacariociti in diverse fasi con uno smistatore di cellule attivato dalla fluorescenza. La metodologia può essere applicata ai tessuti primari umani, ma anche ai megacariociti generati in coltura in vitro.
La differenziazione dei megacariociti (MK) comprende un certo numero di cicli endomitotici che si traducono in una cellula altamente poliploide (raggiungendo anche >64N) ed estremamente grande (40-60 μm). A differenza della conoscenza in rapida crescita della megacariopoiesi a livello cellulare e molecolare, la caratterizzazione della megacariopoiesi per citometria a flusso è limitata all'identificazione di MK maturi usando marcatori di superficie specifici del lignaggio, mentre i precedenti stadi di differenziazione MK rimangono inesplorate. Qui presentiamo una strategia di immunofenotipizzazione che consente l'identificazione di fasi successive di differenziazione MK, con crescente stato di ploidia, in fonti primarie umane o colture in vitro con un pannello che integra marcatori superficiali specifici e non specifici di MK. Nonostante le sue dimensioni e fragilità, gli MK possono essere immunofenotipati utilizzando il pannello sopra menzionato e arricchiti da smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza in specifiche condizioni di pressione e diametro dell'ugello. Questo approccio facilita gli studi multi-omici, con l'obiettivo di comprendere meglio la complessità della megacariopoiesi e della produzione piastrinica nell'uomo. Una migliore caratterizzazione della megacariopoiesi può essere fondamentale nella diagnosi o nella prognosi di patologie legate al lignaggio e malignità.
I megacariociti (MK) si sviluppano da cellule staminali ematopoietiche (HSC) a seguito di un processo complesso chiamato megacariopoiesi, che è orchestrato principalmente dall'ormone trombopoietina (TPO). La visione classica della megacariopoiesi descrive il viaggio cellulare dagli HSC attraverso una successione di fasi gerarchiche di progenitori impegnati e cellule precursori, portando infine a un MK maturo. Durante la maturazione, gli MK sperimentano più cicli di endomitosi, sviluppano un intricato sistema di membrana di demarcazione intracellulare (DMS), che fornisce una superficie di membrana sufficiente per la produzione di piastrine, e producono e confezionano in modo efficiente la pletora di fattori contenuti nei diversi granuli ereditati dalle piastrine mature1,2,3. Di conseguenza, gli MK maturi sono celle di grandi dimensioni (40-60 μm) caratterizzate da un nucleo altamente poliploide (che raggiunge anche >64N). Studi recenti suggeriscono percorsi alternativi attraverso i quali gli HSC si differenziano in MK bypassando i tradizionali checkpoint di impegno del lignaggio in risposta a determinate condizioni fisiopatologica4,5,6,7,8,9,10,11. Questi risultati evidenziano che la differenziazione ematopoietica verso l'MK maturo è un processo continuo e adattivo che risponde alle esigenze biologiche.
Con la crescente conoscenza della biologia cellulare e degli aspetti molecolari che caratterizzano la megacariopoiesi12, la maggior parte della ricerca dedicata allo studio del processo per citometria a flusso si limitaall'identificazione di MK maturi utilizzando marcatori di superficie specifici del lignaggio (cioè CD42A/B, CD41/CD61), mentre le precedenti fasi di differenziazione MK rimangono inesplorate. In precedenza abbiamo documentato una strategia per stadioe la megacariopoiesi nelle colture MK derivate dal midollo osseo e osseo13,14, che abbiamo adattato e applicato all'uomo15. Nel presente articolo mostriamo una strategia di immunofenotipizzazione che consente la caratterizzazione della megacariopoiesi, dagli HSC agli MK maturi, nelle fonti primarie umane (midollo osseo -BM- e sangue periferico -PB-) o nelle colture in vitro utilizzando un pannello che integra marcatori di superficie specifici e non specifici di MK (CD61, CD42B, CD49B, CD31, KIT e CD71, tra gli altri). Nonostante le sue grandi dimensioni e fragilità, gli MK possono essere immunofenotipati utilizzando i marcatori di superficie cellulare sopra menzionati e arricchiti dallo smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza in specifiche condizioni di pressione e diametro dell'ugello per ridurre al minimo la rottura cellulare e / o i danni. Questa tecnica facilita gli approcci multi-omici, con l'obiettivo di comprendere meglio la complessità della megacariopoiesi e della produzione piastrinica nella salute e nelle malattie umane. Degno di nota, si porrà come uno strumento utile per aiutare la diagnosi e la prognosi in un contesto clinico di crescente domanda.
In questo manoscritto documentiamo una strategia per in scena la megacariopoiesi umana con un pannello che integra marcatori di superficie specifici e non specifici di MK da fonti primarie o generati in vitro. Inoltre, forniamo un protocollo per ordinare, con uno smistatore di celle attivato dalla fluorescenza, le frazioni preferite e gli MK maturi (Figura 1). Questo passaggio non è popolare, in quanto è tecnicamente difficile a causa delle grandi dimensioni e fragilità degli MK. Tuttavia, è stato impiegato sia in campioni di midollo osseo del topo che umano in precedenza, e a causa del progresso tecnologico, con unrisultato migliore ogni volta 16,17,18. Le fonti primarie umane in cui gli MK o i precursori MK possono essere studiati includono, tra gli altri, midollo osseo, sangue del cordone ombelicale e sangue periferico. È importante l'elaborazione corretta del campione per isolare la frazione cellulare pertinente per l'analisi su ciascun campione. Sono incorporate procedure standard, con alcune considerazioni da tenere in considerazione quando si mira allo studio della megacariopoiesi.
Campioni di sangue intero e di midollo osseo sono stati ottenuti e trattati conformemente alla dichiarazione di Helsinki del 1964. Campioni di sangue intero sono stati ottenuti da donatori sani dopo aver dato il consenso informato (ISPA), nell'ambito di uno studio approvato dal nostro comitato medico etico istituzionale (Hospital Universitario Central de Asturias -HUCA-). Campioni di midollo osseo sono stati ottenuti da materiale di scarto aspirato al midollo osseo di pazienti gestiti presso il Dipartimento di Ematologia dell'Ospedale Clínico San Carlos (HCSC).
Figura 1: Rappresentazione schematica del protocollo documentato in questo manoscritto. Sono indicate le fonti umane primarie o le colture primarie in cui la differenziazione MK può essere messa in scena usando l'immunofenotipizzazione. Questa strategia di immunofenotipizzazione può essere applicata allo studio del processo in diverse patologie correlate al lignaggio o malignità nelle fonti primarie. Inoltre, rende possibile lo smistamento cellulare di MK e precursori con uno smistatore di cellule attivato dalla fluorescenza, che consente un'ulteriore analisi delle frazioni arricchite. Le immagini utilizzate fanno parte di Servier Medical Art (SMART) di Servier e sono concesse in licenza ai sensi di CC BY 3.0. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
1. Trattamento del sangue intero e del midollo osseo prima dell'immunofenotipizzazione
2. Differenziazione in vitro di MK dai PBMC
NOTA: Gli MK possono essere differenziati in vitro dai precedenti precursori, come le cellule CD34+, presenti in diverse fonti primarie(ad esempio, WB/PBBC, sangue del cordone ombelicale, midollo osseo) e da iPSC. A tal fine sono stati applicati diversi protocolli. Qui utilizziamo un metodo di coltura da noi sviluppato che consente la differenziazione MK dai PBMC, senza la necessità di arricchire per CD34+ precursori15,19,20,21,22.
Figura 2: Rappresentazione schematica del metodo delle impostazioni cultura MK derivato da PBMC. I PBMC di donatori sani sono stati coltivati secondo il protocollo in tre fasi da noi sviluppato per generare MK in vitro (schema adattato da Salunkhe et al. Vengono mostrate 15 foto scattate al giorno 10 e al giorno 13 della cultura. Le foto vengono scattate con un obiettivo 20X. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Immunofenotipizzazione della differenziazione MK - incubazione con un pannello di anticorpi taggati
Tabella 1: Note sui marcatori di superficie cellulare del lignaggio megacariocitico Fare clic qui per scaricare questa tabella.
Tabella 2: Pannelli anticorpali Clicca qui per scaricare questa tabella.
4. Analisi di Ploidy combinata con pannelli a 6 colori
5. Analisi della differenziazione MK
NOTA: Abbiamo visto che la combinazione di CD31/CD71 permette di impostare un certo numero di porte che corrispondono a diversi stadi di differenziazione MK. Un ulteriore back-gating con marcatori specifici di MK consente la separazione di MK maturi e immaturi. Inoltre, nei campioni freschi, il back-gating per verificare la presenza di altri marcatori utilizzati, o per posizionare le popolazioni negli assi Disperso Avanti/Laterale, affina la valutazione delle fasi di differenziazione MK e consente di scartare altri tipi di cellule che potrebbero essere presenti sulle stesse popolazioni.
6. Smistamento delle cellule precursori MK e MK
NOTA: Le celle macchiate sono state analizzate e ordinate su uno smistatore di celle attivato a fluorescenza FACS Aria IIu dotato di laser standard a stato solido da 488 nm e 633 nm utilizzando il software FACSDiva; i dati sono stati inoltre analizzati e presentati utilizzando il software FlowJo e Cytobank (analisi viSNE). La purezza delle frazioni ordinate è stata confermata dall'analisi citometrica del flusso di ciascuna delle frazioni ordinate (purezza superiore all'85%).
Figura 3: Rappresentazione schematica del principio dello smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza (FACS). Le particelle attraversano l'ugello da 130 μm e sono costrette a rompersi in un flusso di goccioline regolari a causa dell'applicazione di vibrazioni all'ugello. Successivamente, le goccioline vengono interrogate dal laser (punto di analisi) e i segnali vengono elaborati per dare la "decisione di ordinamento" applicando una carica a quelle goccioline. Quando una goccia di carica passa attraverso un campo elettrostatico ad alta tensione (piastra di rilevamento), viene deviata e raccolta nel corrispondente tubo di raccolta. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
7. Preparazione del campione post-ordinamento
Midollo osseo e Ploidia
Nella figura 4, mostriamo un'analisi immunofenotipica rappresentativa della megacariopoiesi nei campioni di BM (aspirazione) dei pazienti. Quando tracciamo la frazione cellulare rispetto a CD71 e CD31, abbiamo recintato sei popolazioni principali: CD31- CD71- (rosso), CD31- CD71+ (blu), CD31+ CD71- (arancione), CD31+ CD71mid (verde chiaro), CD31+ CD71+ (verde scuro) e CD31++ CD71mid (crema). Queste popolazioni non sono sempre presenti nelle stesse posizioni (considerando le impostazioni costanti del citometro), come si può vedere, e questo dovrebbe essere preso in considerazione. Questo potrebbe essere inerente alla condizione patologica e allo stato del midollo osseo. La retroazione di queste sei popolazioni sovrapposte negli istogrammi contro un marcatore di maturazione contenuto nel pannello (CD42A/CD42B), e nella Dispersione in avanti, è mostrata a destra. La figura mostra anche un grafico rispetto al CD31/CD71 raffigurante una sovrapposizione delle celle CD42B+ con la frazione cellulare totale da visualizzare la distribuzione degli MK più maturi. In termini generali, la popolazione CD31- CD71- non contiene MK o precursori del lignaggio, non presenta marcatori di maturazione MK ed è di dimensioni più piccole. La popolazione CD31- CD71+ contiene principalmente cellule del lignaggio erythroid, sebbene possa anche contenere comuni precursori del lignaggio, come ipotizzamo dalle nostre osservazioni. Rimane negativo per i marcatori di maturazione MK, e a seconda della proporzione di cellule erytroidi precedenti o successive, anche lo Scatter in avanti potrebbe fluttuare.
Ad esempio, il paziente con sindrome mielodisplastica (MDS) ha una proporzione maggiore di cellule etitro immature(cioèpiù grandi), rispetto ad altri pazienti. I progenitori MK e le cellule mature si distribuiranno nelle celle CD31+, con qualche variazione. Tuttavia, come si può vedere confrontando l'analisi BM su ogni patologia, ci sono alcune caratteristiche costanti. Gli MK più maturi sono presenti nella popolazione media CD31++ CD71 (crema), e le patologie in cui questa maturazione è "bloccata" includono la trombocitopenia immunitaria (ITP) e un campione BM reattivo (con infiammazione sottostante). Mentre nel paziente con linfoma sembra esserci un equilibrio tra i primi precursori e gli MK tardive (porte arancioni e crema), questa proporzione viene alterata nel paziente MDS (con precursori più "bloccati") e nel paziente acuto di leucemia mieloide (AML) (con MKs più maturi). Di interesse, il "blocco" sembra essere diverso confrontando le patologie tra loro: nelle patologie che concorronoall'infiammazione sottostante ilblocco potrebbe essere dovuto a una combinazione di difetti di maturazione, distruzione (cioè autoimmunità) e produzione piastrinica da rottura di MK.
Figura 4: Immunofenotipizzazione della megacariopoiesi nei campioni di midollo osseo umano da pazienti con patologie diverse. Sono stati analizzati campioni rappresentativi di midollo osseo (BM) di pazienti con diagnosi di linfoma(cioè, BM normale), sindrome mielodisplastica (MDS), leucemia mieloide acuta (AML), trombocitopenia immunitaria (ITP) e un paziente con un BM reattivo a causa di un'infezione. Quando si traccia la frazione cellulare ( cioè , cellule nucleate) rispetto a CD71 e CD31, abbiamo recintati sei popolazioni principali: CD31- CD71- (rosso),CD31- CD71+ (blu), CD31+ CD71- (arancione), CD31+ CD71mid (verde chiaro), CD31+ CD71+ (verde scuro) e CD31++ CD71mid (crema). Queste popolazioni non sono sempre presenti nelle stesse posizioni (considerando le impostazioni stazionarie del citometro), come si può vedere, e questo dovrebbe essere preso in considerazione. La retroazione di queste sei popolazioni sovrapposte negli istogrammi contro un marcatore di maturazione contenuto nel pannello (CD42A/CD42B), e nella Dispersione in avanti, è mostrata a destra. La figura mostra anche un grafico rispetto a CD31/CD71 raffigurante una sovrapposizione delle celle CD42B+ con la frazione cellulare totale per visualizzare la distribuzione degli MK più maturi. Sono raffigurati numeri corrispondenti ai cancelli nel grafico a punti e le sovrapposizioni dell'istogramma. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Ci siamo poi prefissati di analizzare lo stato di ploidia delle popolazioni sopra menzionate su campioni di BM umani. La figura 5 mostra un crescente status di ploidia all'interno delle popolazioni CD31+, che prevediamo sarà diverso e caratteristico per ogni contesto patologico. Si noti che a causa della fissazione cellulare e della permeabilità utilizzate in questi esperimenti, i grafici a punti non sono del tutto paragonabili a quelli di campioni non fissi e non permeabili (Figura 4).
Figura 5: Analisi ploidy delle popolazioni selezionate in base all'espressione CD31/CD71, in campioni di BM umani. Campioni rappresentativi di midollo osseo (BM) da pazienti a cui è stata diagnosticata la leucemia mieloide acuta (AML) e la trombocitopenia immunitaria (ITP). Quando si traccia la frazione cellulare ( cioè , cellule nucleate) rispetto a CD71 e CD31, abbiamo recintati sei popolazioni principali: CD31- CD71- (rosso),CD31- CD71+ (blu), CD31+ CD71- (arancione), CD31+ CD71mid (verde chiaro), CD31+ CD71+ (verde scuro) e CD31++ CD71mid (crema). Queste popolazioni non sono sempre presenti nelle stesse posizioni (considerando le impostazioni stazionarie del citometro), come si può vedere, e questo dovrebbe essere preso in considerazione. La retroazione di queste sei popolazioni sovrapposte agli istogrammi rispetto a Hoechst 33342 mostra il diverso stato di ploidia delle popolazioni e la tendenza generale ad aumentare la ploidia con la maturazione (anche se gli MK possono raggiungere la maturità indipendentemente dal stato di poliploidizzazione). Vengono rappresentati i numeri che corrispondono ai cancelli nella trama dei punti e alle sovrapposizioni dell'istogramma. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
PBPC e impostazioni cultura cellulare
Nella figura 6, mostriamo un'analisi immunofenotipica rappresentativa dei PBMC e della coltura MK impostata con tali PBMC al giorno 7 e al giorno 11. Usiamo un pannello contenente il cocktail Lin e mostriamo la frazione cellulare delle cellule vive prima e dopo la selezione diLin. Questa selezione negativa potrebbe comportare la perdita di una frazione di MKs co-esprimere, ad esempio, CD14, ma consente anche un'analisi più raffinata. Quando tracciamo il Lin- frazione rispetto a CD71 e CD31, abbiamo gated cinque popolazioni principali: CD31- CD71-, CD31- CD71+, CD31+ CD71-, CD31+ CD71mid e CD31++ CD71mid. Queste popolazioni non sono sempre presenti nelle stesse posizioni (considerando le impostazioni costanti del citometro), come si può vedere, e questo dovrebbe essere preso in considerazione. In questo caso, le differenze non sono solo inerenti alla salute individuale o allo stato patologico, ma anche alla capacità di differenziazione MK dei precursori nella frazione PBMC. La retroazione di queste cinque popolazioni sovrapposte in istogrammi contro altri marcatori contenuti nel pannello (KIT e CD42B), e nella dispersione in avanti, è mostrata a destra. I precursori e gli MK MK in diversi stadi di maturazione si trovano all'interno delle popolazioniCD31 +.
Figura 6: Immunofenotipizzazione della megacariopoiesi durante la coltura cellulare MK, compreso il materiale PBMC di partenza. Analisi immunofenotipica rappresentativa dei PBMC e della coltura MK impostata con tali PBMC al giorno 7 e al giorno 11. Usiamo un pannello contenente il cocktail Lin e mostriamo la frazione cellulare(cioè, cellulenucleate) prima e dopo la selezione Lin- . Questa selezione negativa potrebbe comportare la perdita di una frazione di MKs co-esprimere, ad esempio, CD14, ma consente anche un'analisi più raffinata. Quando tracciamo la frazione Lin- rispetto a CD71 e CD31, abbiamo gated cinque popolazioni principali: CD31- CD71-, CD31- CD71+, CD31+ CD71-, CD31+ CD71mid e CD31++ CD71mid. Queste popolazioni non sono sempre presenti nelle stesse posizioni (considerando le impostazioni stazionarie del citometro), come si può vedere, e questo dovrebbe essere preso in considerazione. La retroazione di queste cinque popolazioni sovrapposte in istogrammi contro altri marcatori contenuti nel pannello (KIT e CD42B), e nella dispersione in avanti, è mostrata a destra. I precursori e gli MK MK in diversi stadi di maturazione si trovano all'interno delle popolazioniCD31 +. La figura mostra anche un grafico rispetto a CD31/CD71 raffigurante una sovrapposizione delle celle CD42B+ con la frazione cellulare totale per visualizzare la distribuzione degli MK più maturi. Sono raffigurati numeri corrispondenti ai cancelli nel grafico a punti e le sovrapposizioni dell'istogramma. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tabella 3: Percentuali di popolazione delle analisi della citometria del flusso Fare clic qui per scaricare questa tabella.
Nei PBMIC, gli MK si trovano all'interno delmid gate CD31++ CD71, anche se le loro dimensioni non sono grandi come abbiamo visto con gli MK coltivati. Ciò potrebbe essere dovuto a una delle due seguenti opzioni: gli MK nei PBMM rappresentano una frazione di MK immaturi che entrano nella circolazione, o una frazione di MK circolanti maturi che hanno perso complessità citoplasmatica. I nostri esperimenti di ordinamento suggeriscono che quest'ultimo potrebbe essere il motivo per spiegare quella differenza di dimensioni. Supportare questa nozione, l'espressione di CD42B, non è presente nel 100% delle cellule su quelle popolazioni (come può essere visto anche nei campioni BM nella figura 4), probabilmente a causa della perdita di marcatori superficiali durante la formazione proplatelet e/o lo spargimento piastrinica. Tuttavia, nei campioni coltivati, gli MK nei cancelli "maturi", sono quasi 100% CD42B+e di dimensioni maggiori. Queste dinamiche cellulari ipotizzate devono essere ulteriormente studiate e convalidate.
A causa degli effetti pleiotropici di TPO, queste culture sono eterogenee e asincrone, il che di per sé rende difficile analizzare ulteriormente stadi discreti di differenziazione MK. 19,20 A seguitodell'espansione dei progenitori precedenti, gli MK in diverse fasi di maturazione appariranno nella coltura dal giorno 6-10 (o prima, a causa della variabilità del donatore) e aumenteranno gradualmente di numero man mano che le cellule impegnate nel lignaggio MK maturano verso MK. Alcuni MK subiranno una differenziazione terminale e inizieranno a formare proplatelet. Verso la fine della coltura, ci sarà un graduale incremento della perdita cellulare a causa di "attenuazione / esaurimento" dopo la formazione proplatelet e lo spargimento piastrinica o la morte cellulare (Figura 2).
Se si utilizzano analoghi TPO anziché TPO ricombinante, le concentrazioni devono essere testate.
La fonte di progenitori (adulti, sangue del cordone ombelicale) condizionerà le culture, poiché gli MK provenienti da fonti di diversi stadi di sviluppo hanno le loro caratteristiche. Inoltre, le culture dei progenitori CD34+ arricchiti, pur apparendo più omogenee all'inizio della cultura, raggiungeranno una fase di eterogeneità e ascinchronicity una volta che l'impegno e la differenziazione di MKinizieranno 19,20.
Ordinamento celle MK
Nella figura 7, mostriamo una strategia rappresentativa di gating di un campione di coltura MK in vitro al giorno 10 della differenziazione. Quando tracciamo la frazione cellulare nucleata rispetto a CD31 e CD71, o lo Scatter in avanti, possiamo distinguere due popolazioni principali caratterizzate dalla presenza o assenza di CD31.
Quando si traccia il CD31+ frazione rispetto a CD41 e CD71, possiamo gate quattro popolazioni principali: CD41- CD71- (1), CD41basso CD71+ (2), CD41basso CD71+++ (3) e CD41+++ CD71+ (4), in cui altri marcatori di superficie (KIT e CD49B) sono stati espressi in modo differenziale, consentendo l'identificazione del compartimento MK come celle altamente positive CD41(Figura 7A). Viene mostrata la purezza delle frazioni ordinate, così come le colorazioni citologiche dei citospin delle frazioni ordinate.
Per caratterizzare lo spettro della popolazione cellulare nelle colture PBMC-MK, è stata utilizzata l'analisi viSNE(figura 7B). La mappa viSNE separa le celle in sottoinsiemi spazialmente distinti in base alla combinazione di marcatori che esprimono. Ogni punto dell'analisi viSNE rappresenta una singola cella colorata in base ai livelli di espressione di CD31, CD42A, CD71 e KIT.
Le cellule doppie negative (CD31- e CD71-) sono principalmente linfociti residui (popolazione 5) che persistono in tutta la coltura in queste condizioni. Questa popolazione è stata ordinata in un secondo ciclo di ordinamento cellulare utilizzando la frazione rimanente del campione.
I gate 6 e 7 sono cellule cheesprimono il CD71 medio e alto, che includono progenitori erythroid e, potenzialmente, altri precursori.
Dobbiamo tenere conto delle difficoltà tecniche dovute alla natura eterogenea cellulare di questo metodo di coltura e alla natura appiccicosa degli MK maturi che si traduce nella presenza di MK maturi nelle sottopopolazioni a cui non appartengono (cfr. sezione osservazioni).
Figura 7: Analisi immunofenotipico pre-ordinamento di MK di coltura in vitro a 10 giorni. A) Strategia rappresentativa di gating utilizzando CD31, CD41 e CD71, con due turni di smistamento, con conseguente CD31+ popolazioni 1-4 e CD31- popolazioni 5-7. La purezza di ogni frazione ordinata è stata analizzata dopo lo smistamento, ed è raffigurata insieme a una microfotografia rappresentativa di citospini macchiati da ogni frazione ordinata. B) mappa viSNE delle cellule di coltura MK derivate da PBMC del giorno 10 misurate dalla citometria del flusso. La mappa è costruita utilizzando i livelli di espressione di CD31, CD42B, CD71 e KIT, misurati dalla citometria del flusso. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Elaborazione post-ordinamento
Le popolazioni ordinate possono essere analizzate con diversi metodi, tra cui l'analisi citologica e molecolare mediante immunofluorescenza (vedi sezione 7) al fine di valutare le caratteristiche MK in uno specifico contesto fisio-patologico, o di studiare meglio il processo di megacariopoiesi. Alcuni esempi sono presentati nella figura 8.
Figura 8. Analisi MK post-ordinamento. A) Analisi citologica del compartimento MK ordinato da una coltura in vitro di 10 giorni. La colorazione May-Grünwald Giemsa consente l'osservazione dellecaratteristiche chiave degli MK maturi, cioè la formazione di pseudopodi (freccia rossa), MK altamente poliploide (freccia blu). B) Analisi dell'immunofluorescenza. Le cellule erano macchiate con fattore anti-umano von Willebrand (mostrato in rosso, anticorpo secondario Alexa Fluor 555 Goat anti-mouse IgG), anti-umano CD31 o tandem CD41 /CD61, entrambi coniugati con FITC (mostrato in verde) e DNA nucleare è stato etichettato con DAPI (mostrato in blu). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
osservazioni:
Gli MK possono essere ordinati da regioni impreviste a causa della capacità di attaccare le cellule alla loro membrana (Figura 9). Questo problema può essere un problema per ottenere sottopopolazioni di cellule ad alta purezza. Per ridurre al minimo gli aggregati cellulare-cella, è possibile aggiungere EDTA da 1-5 mM ai buffer di combinazione di pannelli.
Inoltre, quando si utilizza WB come materiale di partenza, abbiamo proposto di ottenere PBBC o lisciviare gli RBC per utilizzare direttamente la frazione cellulare. Nella figura 10 mostriamo l'analisi della citometria del flusso delle due metodologie. Da un lato, quando si lisciviano gli RBC e si analizza l'intero compartimento cellulare, abbiamo ancora una grande quantità di neutrofili. Questi possono essere filtrati con un marcatore specifico (o utilizzando la strategia del cocktail Lin). Tuttavia, potremmo perdere alcuni MK a causa della loro natura promiscua correlata all'espressione del marcatore di superficie. D'altra parte, l'isolamento PBMC ci permetterà di sbarazzarci dei neutrofili e degli RBC, anche se potremmo perdere gli MKcon una densità più elevata (cioè, quelli concaratteristiche citoplasmatici più complesse o più immaturi). Come illustrato nella figura 10, gli MK del WB lysed mostrano una maggiore espressione dei marcatori di maturazione, che appare più bassa quando si isolano i PBBC. Il gradiente di densità potrebbe comportare la perdita degli MK che contengono ancora un citoplasma complesso, mentre quelli contenuti nella frazione PBMC, potrebbero essere già "esauriti" nella circolazione dopo aver rilasciato piastrine, mantenendo così il nucleo poliploide all'interno di un citoplasma meno complesso. Non devono essere confusi con iMM immaturi. Ogni procedura ha i suoi vantaggi e i suoi svantaggi.
Figura 9. La natura appiccicosa degli MK. Gli MK possono essere trovati in cancelli inaspettati a causa della loro capacità di attaccare le cellule alla loro membrana. A-C) MK ordinati in popolazioni 1 (B) e 5 (A e C), secondo la strategia di gating per lo smistamento MK. Questo problema può essere un problema per ottenere sottopopolazioni di cellule ad alta purezza. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 10. Immunofenotipizzazione citometrica del flusso di MK da PBBC o WB dopo averlisato gli RBC. A) Strategia di Gating. B) Dimensioni (FSC), complessità cellulare (SSC) ed espressione di CD42A, CD41, CD71 e KIT in MKs identificati nei PBPC o WB. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
La maggior parte della ricerca incentrata sullo studio della megacariopoiesi per citometria a flusso è finora limitataall'identificazione disottoinsiemi MK utilizzando solo marcatori di superficie specifici del lignaggio (cioè CD42A/CD42B, CD41/CD61), mentre le precedenti fasi di differenziazione MK sono state esaminate male. Nel presente articolo mostriamo una strategia di immunofenotipizzazione per affrontare una caratterizzazione citometrica a flusso completo della megacariopoiesi umana. Nel complesso, vorremmo evidenziare l'utilità di combinare marcatori di superficie specifici e non specifici di MK (tabelle 1 e 2) nello stesso pannello anticorpale citometrico a flusso per lo studio della megacariopoiesi in modo più dettagliato. Il nostro nuovo approccio potrebbe servire come potente strumento per aiutare la diagnosi e/o la prognosi nei disturbi ematologici. Riteniamo che i pannelli e le combinazioni presentati non siano definitivi. Abbiamo osservato un comportamento molto dinamico dei marcatori superficiali nelle fonti primarie umane (principalmente nei campioni BM), che dipende anche dalla patologia subjacente. Sono necessari ulteriori studi e, si spera, la comunità scientifica inizierà ad applicare questo approccio per quanto riguarda il feedback con osservazioni di studi incentrati su una singola patologia e su come la stadiazione della megacariopoiesi possa aiutare alla diagnosi o alla prognosi. L'implementazione della caratterizzazione combinata HSC e MK nei tessuti primari, considerando le diverse rotte per l'impegno di MK come commentato nella sezione introduttiva, è rilevante e vale la pena di ulteriori sviluppi. Il fatto che siamo anche in grado di rilevare gli MK nei PBPC è una bella osservazione. Ipotizzamo anche che l'analisi degli MK in questa fonte primaria aiuterà nella diagnosi e nella prognosi della malattia, come alternativa molto rilevante agli aspirati BM, poiché l'estrazione di un campione di sangue non è così invasiva. Anche questo aspetto richiede sviluppo.
Nonostante i limiti tecnici associati alle caratteristiche biologiche degli MK (grandi dimensioni, fragilità osmotica, appiccicosa) siamo stati in grado di ordinare diverse fasi di maturazione in diverse fonti di MK umano, in particolare in BM, PBMC e colture cellulari derivate da PBMC. Saranno condotti studi futuri al fine di analizzare le peculiarità della megacariopoiesi in altre fonti umane come il sangue del cordone ombelicale e in diverse situazioni fisiopatologiche. Inoltre, il potenziale di differenziazione di ogni frazione cellulare recintata e smistata dovrebbe essere valutato nei test dell'unità di formazione delle colonie (CFU) dei progenitori MK (CFU-MK) in modo da valutare oggettivamente il potenziale di differenziazione di ciascuna popolazione nel viaggio della megacariopoiesi. Pur superando i limiti tecnici che un tempo si pensava impedissero il tipo di megacariociti maturi, tale necessità richiede ancora più perfezione. Da un lato, l'omica a singola cellula consentirebbe studi completi quando si applicano i pannelli immunofenotipici, ma se è necessario un ordinamento fisico, nonostante la purezza delle popolazioni ordinate sia superiore all'85% (in base all'espressione del marcatore di superficie), è necessario prendere in considerazione altre variabili, che sono ancora difficili da risolvere. Come accennato, le impostazioni cultura MK non sono sincrone e sono molto eterogenee. Gli MK stessi sono promiscui nell'espressione marcatore di superficie, condividendo marcatori con altre cellule ematopoietiche e non mieloidi e non ematopoietiche. Inoltre, sono molto difficili da raggruppare con le variabili morfometriche (Forward e Side Scatter) mentre distribuiscono ampiamente. Sono necessari ulteriori studi per perfezionare questa applicazione, ma con sforzi collaborativi, siamo più vicini a restringere la megacariopoiesi.
La produzione di materiale audiovisivo è stata sostenuta da BD Biosciences.
Ringraziamo Marcos Pérez Basterrechea, Lorena Rodríguez Lorenzo e Begoña García Méndez (HUCA) e Paloma Cerezo, Almudena Payero e María de la Poveda-Colomo (HCSC) per il supporto tecnico. Questo lavoro è stato parzialmente supportato da Medical Grants (Roche SP200221001) ad A.B., una borsa di studio RYC (RYC-2013-12587; Ministerio de Economía y Competitividad, Spagna) e una sovvenzione I+D 2017 (SAF2017-85489-P; Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, Spagna e Fondos FEDER) a L.G., una Borsa di Studio Severo Ochoa (PA-20-PF-BP19-014; Da Consejería de Ciencia, Innovación y Universidades del Principado de Asturias, Spagna) a P.M.-B. e una sovvenzione post-dottorato intramurale 2018 (Fundación para la Investigación y la Innovación Biosanitaria de Asturias - FINBA, Oviedo, Spagna) ad A.A.-H. Ringraziamo Reinier van der Linden per aver condiviso le sue conoscenze (e il suo tempo), in particolare i suoi saggi consigli sul mix di pannelli con anticorpi taggati multicolore e sulla preparazione del controllo delle perline monocolore.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
130 micron Nozzle | BD | 643943 | required for MK sorting |
5810R Centrifuge | Eppendorf | Cell isolation and washes | |
A-4-62 Swing Bucket Rotor | Eppendorf | Cell isolation and washes | |
Aerospray Pro Hematology Slide Stainer / Cytocentrifuge | ELITech Group | Automatized cytology devise, where slides are stained with Mat-Grünwald Giemsa | |
CO2 Incubator Galaxy 170 S | Eppendorf | Cell Incubation | |
Cytospin 4 Cytocentrifuge | Thermo Scientific | To prepare cytospins | |
FACSAria IIu sorter | BD | Lasers 488-nm and 633-nm | |
FACSCanto II flow cytometer | BD | Lasers 488-nm , 633-nm and 405-nm | |
Olympus Microscope BX 41 | Olympus | Microphotographs | |
Olympus Microscope BX 61 | Olympus | Microphotographs | |
Zoe Fluorescent Cell Imager | BioRad | Microphotographs | |
To obtain PBMCs | |||
Lipids Cholesterol Rich from adult bovine serum | Sigma-Aldrich | L4646 | or similar |
Lymphoprep | Stem Cell Technologies | #07801 | or similar |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P4333 | or similar |
Recombinant human Erythropoietin (EPO) | R&D Systems | 287-TC-500 | or similar |
Recombinant human stem cell factor (SCF) | Thermo Fisher Scientific, Gibco™ | PHC2115 | or similar |
Recombinant human thrombopoietin (TPO) | Thermo Fisher Scientific, Gibco™ | PHC9514 | or TPO receptor agonists |
StemSpan SFEM | Stem Cell Technologies | #09650 | |
Flow Cytometry Analyses | |||
Bovine Serum Albumin | Merck | A7906-100G | or similar |
BD CompBead Anti-Mouse Ig, κ/Negative Control Compensation Particles Set | BD | 552843 | Antibodies for human cells are generally from mouse. |
BD Cytofix/Cytoperm | BD | 554714 | or similar |
BD FACS Accudrop Beads | BD | 345249 | |
CD31 AF-647 | BD | 561654 | Mouse anti-human |
CD31 FITC | Immunostep | 31F-100T | |
CD34 FITC | BD | 555821 | Mouse anti-human |
CD41 PE | BD | 555467 | Mouse anti-human |
CD41 PerCP-Cy5.5 | BD | 333148 | Mouse anti-human |
CD42A APC | Immunostep | 42AA-100T | We observed unspecific binding... that needs to be assessed |
CD42A PE | BD | 558819 | Mouse anti-human |
CD42B PerCP | Biolegend | 303910 | Mouse anti-human |
CD49B PE | BD | 555669 | Mouse anti-human |
CD61 FITC | BD | 555753 | Mouse anti-human |
CD71 APC-Cy7 | Biolegend | 334109 | Mouse anti-human |
Hoechst 33342 | Thermo Fisher Scientific | H3570 | |
Human BD Fc Block | BD | 564219 | Fc blocking - control |
KIT PE-Cy7 | Biolegend | 313212 | Mouse anti-human |
Lineage Cocktail 2 FITC | BD | 643397 | Mouse anti-human |
RNAse | Merck | R6513 | or similar |
Triton X-500 | Merck | 93443-500ML | or similar |
Cell strainers for sorting | |||
CellTrics Filters 100 micrometers | Sysmex | 04-004-2328 | Cell strainers |
Note: we do not specify general reagents/chemicals (PBS, EDTA, etc) or disposables (tubes, etc), or reagents specified in previous published and standard protocols - unless otherwise specified. |
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