Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bu protokol, balgamını tek bir hücre süspansiyonuna dağıtmak ve standart akış sitometrik platformlarındaki hücresel alt kümelerin daha sonra karakterizasyonu için etkili bir yöntemi açıklar.
Akciğerin sağlığını anlamak için hücresel içeriği ve diğer mikroçevronmental özellikleri incelemek için yaygın olarak kullanılan balgam, geleneksel olarak sitoloji tabanlı metodolojiler kullanılarak analiz edilir. Slaytları okumak zaman alıcı olduğundan ve son derece uzmanlaşmış personel gerektirdiğinden, yardımcı programı sınırlıdır. Ayrıca, geniş döküntüler ve çok fazla skuamöz epitel hücresinin (SEC) veya yanak hücrelerinin varlığı, genellikle bir örneği tanı için yetersiz hale getirir. Buna karşılık, akış sitometrisi, hücresel popülasyonların yüksek verimli fenotiplemesine izin verirken aynı zamanda döküntüleri ve DC'leri hariç tutmaktadır.
Burada sunulan protokol, balgamını tek bir hücre süspansiyonuna, antikor lekesine ve hücresel popülasyonları düzeltmeye ve akış sitometrik platformunda örnekler almaya yönelik etkili bir yöntemi açıklar. Enkaz, ölü hücreler (SEC'ler dahil) ve hücre çiftlerinin hariç tutulmasını açıklayan bir gating stratejisi burada sunulmaktadır. Ayrıca, bu çalışma, hematopoetik ve epitel soy alt kümelerini karakterize etmek için bir farklılaşma kümesine (CD)45 pozitif ve negatif popülasyona dayanarak uygulanabilir, tek balgam hücrelerinin nasıl analiz edilip edilecektir. Akciğere özgü makrofajların akciğerden örnek elde edildiğinin ve tükürük olmadığının kanıtı olarak tanımlanmasıyla da bir kalite kontrol önlemi sağlanır. Son olarak, bu yöntemin üç akış sitometresinde analiz edilen aynı hastadan balgam profilleri sağlanarak farklı sitometrik platformlara uygulanabileceği gösterilmiştir; Navios EX, LSR II ve Lirik. Ayrıca, bu protokol ek hücresel ilgi işaretlerini içerecek şekilde değiştirilebilir. Bir akış sitometrik platformunda tüm balgam örneğini analiz etmek için bir yöntem burada sunulmaktadır, bu da balgamını akciğer hastalığının yüksek verimli tanısını geliştirmek için uygun hale getirir.
Akış sitometrelerinin donanım ve yazılımındaki teknik gelişmeler, birçok farklı hücre popülasyonunun aynı anda tanımlanmasını mümkün kıldı1,2,3,4. Örneğin, hematopoetik hücre araştırmalarında akış sitometresinin kullanılması, bağışıklık sisteminin çok daha iyi anlaşılmasına yol açmıştır2 ve hematopoetik sistemin hücresel hiyerarşisi5, ayrıca çok sayıda farklı kan kanserinin tanısal ayrımı6,7,8. Balgam hücrelerinin çoğu hematopoetik kökenli olmasına rağmen9,10,11, akış sitometrisi tanı amaçlı balgam analizine yaygın olarak uygulanmamıştır. Bununla birlikte, çeşitli çalışmalar balgamdaki bağışıklık hücresi popülasyonlarının değerlendirilmesinin (hücrelerin en önemli alt kümesi) astım ve kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) gibi hastalıkların teşhis ve / veya izlenmesinde büyük yardımcı olabileceğini göstermektedir 12,13,14,15. Ayrıca, akış sitometrisinde kullanılabilecek epitel spesifik belirteçlerin varlığı, balgam, akciğer epitel hücrelerindeki aşağıdaki en önemli hücre alt kümesinin sorgulanmasını sağlar.
Farklı doku kökenli birçok farklı hücre popülasyonunun analiz yeteneğine ek olarak, bir akış sitometresi çok sayıda hücreyi nispeten kısa bir sürede değerlendirebilir. Buna karşılık, slayt tabanlı, sitolojik analiz türleri genellikle son derece uzmanlaşmış personel ve / veya ekipman gerektirir. Bu analizler emek yoğun olabilir, bu da balgam örneğinin sadece bir kısmının analiz edilmesine neden olur16.
Üç kritik konu, akış sitometrisinde balgam kullanımının yaygın kullanımını sınırlar. İlk sayı balgam koleksiyonu ile ilgilidir. Balgam, mukusu akciğerlerden ağız boşluğuna dışarı atarak daha sonra bir toplama kabına tüküren bir huff öksürüğü ile toplanır. Mukus ağız boşluğundan geçtiği için SEC kontaminasyonu olasılığı yüksektir. Bu kontaminasyon numune analizini zorlaştırır, ancak sorun bu çalışmada gösterildiği gibi bir akış sitometrik platformunda kolayca düzeltilir.
Herkes kendiliğinden balgam üretemez; bu nedenle, balgam koleksiyonuna invaziv olmayan bir şekilde yardımcı olmak için çeşitli cihazlar geliştirilmiştir17. Nebülizör böyle bir cihazdır ve güvenilir balgam örnekleri ürettiği gösterilmiştir18,19,20. Nebülizör, balgamını invaziv olmayan bir şekilde toplamanın çok etkili bir yolu olmasına rağmen, kullanımı hala uzman personele sahip bir tıbbi tesiste bir ayar gerektirir21. Buna karşılık, akciğer flütü22,23,24 ve acapella16,25 gibi el cihazları çok kullanıcı dostu oldukları için evde kullanılabilir. Bu yardımcı cihazlar hem güvenli hem de uygun maliyetlidir.
Bizim için, acapella akciğer flütü16'dan sürekli olarak daha iyi sonuçlar verdi ve bu nedenle, acapella cihazı balgam koleksiyonları için seçildi. Balgam kullanmanın birincil amacı akciğer kanseri tespit testi geliştirmek olduğu için 3 günlük toplama örneğine karar verildi16. 3 günlük bir örneğin akciğer kanseri tespit olasılığını 1 veya 2 günlük bir örneğe kıyasla artırdığı gösterilmiştir26,27,28. Bununla birlikte, balgam toplamanın diğer yöntemleri farklı amaçlar için tercih edilebilir. Burada açıklanandan farklı bir balgam toplama yöntemi kullanılıyorsa, akış sitometrik analizi için kullanılan her antikor veya boyanın dikkatlice titratlanmasınız önerilir; farklı balgam toplama yöntemlerinin akış sitometrisi için hedeflenen proteinleri nasıl etkilediği hakkında çok az veri mevcuttur.
Öncelikle akış sitometrisi ile ilgili tanılama için balgam kullanma hevesini sönümleyen ikinci konu hücre numarasıdır. Sorun, güvenilir bir analiz için yeterli uygulanabilir hücrelerin toplanmasıdır. İki çalışma, invaziv olmayan yöntemlerle toplanan balgam örneklerinin, bir yardımcı cihaz yardımıyla, klinik tanı veya araştırma çalışmalarında kullanılabilecek yeterli uygulanabilir hücre içerdiğini göstermiştir16,24. Bununla birlikte, bu çalışmaların hiçbiri akış sitometrisi ile ilgili hücre sayıları sorununu ele almamıştır.
Bu protokolün temelini oluşturan çalışmalar için, her çalışma alanı için onaylanmış kurumsal kılavuzları izleyerek akciğer kanserine yakalanma riski yüksek katılımcılardan balgam örnekleri toplanarak alındı. Yüksek riskli katılımcılar 55-75 yaşları arasında, 30 paket yıl sigara içmiş ve son 15 yıl içinde sigarayı bırakmamış olarak tanımlanmıştır. Hastalara acapella cihazının üreticinin talimatlarına göre nasıl kullanılacağı gösterildi29 ve evde art arda üç gün boyunca balgam toplandı. Numune son koleksiyona kadar buzdolabında muhafaza edildi. Son toplama gününde, numune donmuş bir soğuk paketle bir gecede laboratuvara gönderildi. Numuneler alındıkları gün tek bir hücre süspansiyonuna işlendi. Bu balgam toplama yöntemi ile güvenilir bir akış sitometrik analizi için fazlasıyla uygulanabilir hücre elde edilir.
Son olarak ve önceki hücre sayısı sorunu ile ilgili olarak, balgam hücrelerinin mucinous ortamından nasıl serbest bırakılacağı sorusudur. Hücreler nasıl canlı tutulabilir ve akış sitometresini tıkamayan tek bir hücre süspansiyonu oluşturabilir? Pizzichini ve ark.30 ve Miller ve ark.31'in ilk çalışmalarına dayanarak, bu protokol balgam işleme için akış sitometrik analizi için uygun olan tek bir hücre süspansiyonuna kolay ve güvenilir bir yöntem açıklar. Bu yöntem, balgamdaki hematopoetik ve epitel hücrelerini tanımlamak ve bir akış sitometrik platformunda balgam analizini standartlaştıran cihaz ayarları, kalite kontrol önlemleri ve analiz kılavuzları sağlamak için verimli bir antikor etiketleme stratejisi geliştirmek için akış sitometrisinde iyi belirlenmiş kılavuzlar kullanmıştır.
Balgam işlemenin tüm adımları, uygun kişisel koruyucu ekipmana sahip biyolojik bir güvenlik kabininde gerçekleştirilir.
1. Balgam ayrışmaya başlamadan önce reaktif hazırlama
2. Balgam ayrışması
3. Antikor ve canlılık boyası boyama
4. %1 Paraformaldehit (PFA) ile fiksasyon
5. Akış sitometresinde veri toplama
Bu protokol klinik laboratuvar ayarı göz önünde bulundurularak geliştirilmiştir. Protokolün geliştirilmesi sırasında odak noktası basitlik, verimlilik ve tekrarlanabilirlikti. Balgamının işlenmesinde en çok zaman alan adımın hücreleri saymak olduğu bulunmuştur. Bu nedenle protokol, balgam işleme ve hücre etiketlemesi zaman kaybı olmadan hücre sayımından bağımsız olarak gerçekleştirilebilecek şekilde ayarlanır. Numuneyi engelsiz bir çalışma için uygun şekilde seyreltmek için hala gerekli olan doğru bir hücre sayısı, daha sonra antikor etiketleme inkübasyon döneminde elde edilebilir.
Bu protokol, optimal hücre etiketlemesi için ne kadar antikor/boya kullanılacağının bir göstergesi olarak hücre sayısı yerine balgam ağırlığı ölçüsü kullanır. Bununla birlikte, balgam örneklerinin ağırlığında büyük bir çeşitlilik vardır; analiz edilen 126 numuneden ağırlığı 0,57 g ile 38,30 g arasında değişmektedir. Şekil 1A , balgam ağırlığı ile hücre verimi arasındaki korelasyonun güçlü olmadığını göstermektedir. Bu nedenle, örnekler dört kategoriye ayrılmıştır; örneklerin ortanca ağırlıkları küçük numuneler için 2,1 g, orta numuneler için 5,0 g, büyük numuneler için 11,2 g ve ekstra büyük numuneler için 22,0 g olarak belirlendi (Şekil 1B). Bununla birlikte, ağırlıklarına göre beklenenden çok daha fazla hücre veren örnekler vardı (Şekil 1C), örneklerin çoğu güzelce kümelendi. Küçük numuneler için ortanca hücre verimi 8.0 x 106 hücre, orta sınıf numuneler için 13.0 x 106, büyük numuneler için 35.4 x 106 ve ekstra büyük numuneler 93.0 x 106 idi.
Bu protokolde kullanılan her antikor titrize edildi. Çalışma konsantrasyonu olarak titrasyon eğrisinin en yüksek boyama indeksi (Şekil 2B) olan plato fazında (Şekil 2A) bir konsantrasyon seçilmiştir. Hücre sayılarındaki değişimler boyama yoğunluğunu önemli ölçüde değiştirmeyecektir. Bu antikor titrasyonu ve testi esastır ve bu protokolde kullanılan her yeni antikor veya boya için özenle ayarlanmalıdır34,35. Bir antikor özenle titratlandığında, antikorun titrated edildiği hücre sayısından 10 ila 50 kat daha fazla hücreyi lekelemelidir34,35. Bu ilkenin bir örneği Tablo 4'te verilmiştir. Anti-insan CD45-PE antikoru 1 x 106 hücre üzerinde toplam 400 μL hacimde titratlandı. Boyama hacmine karşı bu antikor protokole göre tahmin edilirse (bkz. Tablo 2, her örnek boyutu için CD45-PE miktarını ve boyama hacimlerini gösterir), küçük bir örnek için 0.625 x 106 hücre lekelenir, orta örnek için 1.25 x 106 hücre lekelenir ve büyük bir örnek için 2.5 x 106 hücre (Tablo 4'teki sütun A). Her kategori için hücre sayısındaki 50 kat fazlalık sırasıyla 31,25 x 106, 62,5 x 106 ve 125 x 106 hücre (B sütunu) olarak hesaplanır. C ve D sütunlarında gösterildiği gibi, her boyut kategorisinin ortanca hücre numarası ve her kategorideki en büyük örnek 50 kat aralığındadır.
Balgam örneklerinin çeşitli boyutları arasındaki boyut ve hücre veriminde belirgin farklılıklara rağmen, her kategorideki ortanca yüzde SEC kontaminasyonu çok benzerdir. Şekil 3A , balgam ağırlığı kategorilerine göre tabakalanmış, tek tek örneklerde bulunan CE'lerin yüzdesini göstermektedir. Bu hücreler akciğer dokusunu değil ağız boşluğunu temsil eden SEC'ler ile ilgiliydi. Bununla birlikte, ortalama SEC kontaminasyonu tüm kategoriler için% 20'den azdır. Şekil 3B , bu örneklerde bulunan canlı hücrelerin yüzdesini göstermektedir. SEC'ler hariç, küçük, orta ve büyük örnek boyutu kategorileri için ortalama canlılık yaklaşık% 72 idi. Ekstra büyük kategori için biraz daha yüksekti (%79).
Şekil 4, ilgi çekici balgam hücrelerini enkazdan, ölü hücrelerden (kontamine SECs36'yı da içerir) ve hücre kümelerinden ayırmak için tipik bir gating stratejisi göstermektedir. Şekil 4A, 5 μm'den küçük veya 30 μm'den büyük kalıntıları ortadan kaldırmak için kapıları ayarlamak için NIST boncuklarının kullanımını gösterirken, Şekil 4B bu kapıyı balgam hücrelerine uygular. Şekil 4C, ileri saçılma genişliğine (FSC-W), genişlik kapısına karşı yan dağılım genişliği (SSC-W) olarak bakıldığında tipik bir balgam profili gösterir. Bu profil, SSC-W ve FSC-W eksenleri boyunca kendini gösteren küçük kalıntıları ortadan kaldırmak için kullanılır. Ölü hücrelerin ortadan kaldırılması Şekil 4D ve Şekil 4E'de gösterilmiştir. FVS510 pozitifliği için kesmeyi belirlemek için el değmemiş kontrol (Şekil 4D) kullanılır; negatif kontrolün üzerinde FVS510 için pozitif lekeleyen hücreler ölü kabul edilir ve balgam hücresi analizinde kullanılmaz (Şekil 4E). Son olarak, şekil 4F'de gösterilen hücre çiftlerini analizden çıkarmak için tek bir kapı uygulanır. Böylece Şekil 4B, Şekil 4C, Şekil 4E ve Şekil 4F'de gösterilen seçim kapılarından geçen hücreler, bu protokolde kullanılan antikorlarla sonraki analizlere hazır canlı, tek balgam hücrelerini temsil eder.
Bu etiketleme protokolünde anti-CD45 antikorunun kullanılması, canlı, tek balgam hücrelerinin bir kan (CD45+) hücre bölmesine ve kan dışı (CD45-) hücre bölmesine ayrılmasını sağlar. İkinci kategori epitel hücrelerini ve diğer kan dışı hücreleri içerir. Şekil 5A'daki üst profil, CD45 pozitifliği için kesmeyi ayarlamak için yersiz bir balgam örneğinin kullanımını gösterir ve kapıları CD45+ hücrelerini ve CD45 hücrelerini yakalamak için işler. Şekil 5A'nın alt profili, anti-CD45 antikor ile boyanmış bir balgam örneğine uygulanan bu kapıları göstermektedir. Daha sonra EK antikorlarla boyama, CD45+ kapısındaki kan hücresine özgü popülasyonları (Şekil 5B) ve CD45 kapısındaki epitel popülasyonları da dahil olmak üzere diğer kan hücresi dışı popülasyonları tanımlamak için kullanılır (Şekil 5C). Her iki şekilde de, üst profiller izotip lekeli balganın çift negatif popülasyonları ayarlamak için nasıl kullanıldığını gösterirken, alt profiller antikor lekeli balgam hücrelerini göstermektedir. Şekil 5B (altta), floresan (FL) 1 kanalında (anti-CD66b, CD3, CD19 antikorları) ve FL3 kanalında tespit edilebilen anti-CD206 antikorlarının kokteyli ile oluşturulan altı farklı CD45+ hücre popülasyonu göstermektedir. Tasnif deneyleri, akciğere özgü makrofajların M ile tanımlanan kapılarda bulunduğunu ortaya çıkardı. Bu nedenle bu kapılarda hücrelerin varlığı, balgam örneğinin akciğerden elde edildiğini ve tükürük olmadığını gösterir (Bederka ve ark., hazırlık aşamasında el yazması). Şekil 5C (altta), FL1 kanalında tespit edilebilen anti-pan-sitokeratin (panCK) ile oluşturulan gating kadranlarını ve CD45-balgam hücreleri arasında FL3 kanalında tespit edilebilen anti-epitel hücre yapışma molekülü (EpCAM) antikorlarını göstermektedir.
Bu etiketleme protokolü Navios EX ve LSR II üzerinde kapsamlı bir şekilde test edilmiştir. Lirik üzerinde bazı ön deneyler yapıldı, ancak diğer iki makine için yapılan kapsamlı enstrüman optimizasyonu olmadan. Bu nedenle, Malzemeler sayfasında Navios EX ve LSR II için ayrıntılı cihaz ayarları sağlanır, ancak Lirik için sağlanmamıştır. Balgam hücrelerini analiz etmek için kullanılabilecek bu üç akış sitometrik platformu arasındaki benzerlikleri ve varyasyonları anlamak için, çeşitli makinelerden elde edilen profiller Şekil 6 ve Şekil 7'de karşılaştırılabilir. İki büyük balgam örneği işlendi, havuza alındı, etiketlendi, üç eşit bölüme ayrıldı ve daha sonra yukarıda belirtilen her akış sitometresinde elde edildi. Şekil 4'e benzeyen Şekil 6, enkaz, ölü hücreler ve hücre kümelerini ortadan kaldırmak için gating stratejisini karşılaştırır. Şekil 5 ile aynı olan Şekil 7, çeşitli akış sitometrelerinde elde edilen verilerden elde edilen kan ve kan dışı profilleri karşılaştırır.
Üç farklı akış sitometresinden elde edilen çeşitli profillerin karşılaştırılması, her bir aletle aynı temel profillerin gözlemlenebileceğini göstermektedir. Dikkat etmesi gereken farklar SSC-W/FSC-W (genişlik kapısı) çizimleri (Şekil 6, ikinci satır) ve dağılım çizimlerinin doğrusal ölçekleridir (Şekil 6 ve 7). Navios EX'te oluşturulan dağılım genişliği grafiği bir ekleme kapısı (kırmızı kutu) gösterir, yani kapıya dahil edilen tüm hücreler daha fazla analiz edilir; sol-alt köşedeki eksenler boyunca olaylar hariç tutulur. LSR II ve Lirik üzerindeki dağılım genişliği çizimleri, aynı eksenler boyunca benzer bir olay biriktirme göstermez. Bu tutarsızlık, Navios EX'te kullanılan çok hassas eşikten kaynaklanmaktadır ve önceki boyut dışlama kapısında ( Şekil 6'nın üst satırı) bazı küçük döküntülere yol açmaktadır. Bazen, enkaz LSRII'de oluşturulan dağılım genişliği profilinde eksenler boyunca görülür, ancak sağ alt köşededir. Bu gibi durumlarda, bu olayları daha fazla analizden ortadan kaldırmak için bir dışlama kapısı ( Şekil 6'nın 2. satırındaki orta profildeki kesikli kırmızı kutuda belirtildiği gibi) kullanılır.
Günlük ölçekleri Navios EX ile Lirik ve LSR II sitometreleri arasındaki çizimlerde biraz farklı görünse de, Navios EX daha fazla on yıl kullanarak veri alma seçeneğine sahiptir. Daha fazla on yıl uygulamak, deneyin bağlamı ve ilgi alanlarını görselleştirmek için istenen hassasiyete bağlıdır.
Navios EX ve LSR II ve Lirik sitometreler arasındaki ek bir fark, singlet kapısının profilinin ortaya çıkmasıdır. Navios EX sitometresi, LSR II'den farklı bir toplama açısına sahip dikdörtgen bir akış hücresi ile donatılmıştır. Navios EX, parçacık boyutunun analiz etmesi için uygun hassasiyeti elde etmek için ileri açılı ışık saçılımını optimize etmek için yazılım kontrollü üç toplama açısı içerir. Navios EX sitometresinin çokgen kapısının LSRII için singlet kapısından biraz daha düşük bir açıya ayarlanması gerekir. Lirik için singlet kapısı, LSR II ile görülene benzer bir profil elde etmek için optimize edilebilir. Balgam örneğini kullanarak, LSR II'ye benzer bir tek kapı elde etmek için Lirik üzerindeki her lazer için alan ölçekleme faktörünün optimize edilmesi gerekir.
Şekil 4'te Şekil 7'ye kadar gösterilen tüm profiller FlowJo yazılımı, sürüm 10.6 ile analiz edilmiştir. .fcs dosyaları FlowRepository (https://flowrepository.org), FR-FCM-Z3LX, FR-FCM-Z3MJ ve FR-FCM-Z3MM kimlikleri altında bulunabilir ve bu rakamlarda gösterildiği gibi balgam analizi uygulamak için kullanılabilir.
Şekil 1: Balgam ağırlıkları ve hücre verimi. (A) Tasvir edilen, işlenmeden önce belirlenen balgam ağırlığı ile hemositometre kullanılarak işlendikten sonra belirlenen toplam hücre verimi arasındaki ilişkidir. Her madde işareti, toplamda 126 olmak üzere tek bir örneği temsil eder. (B) Balgam örnekleri ağırlıklarına göre dört kategoriye ayrıştırıldı: 3 g'a kadar olan numuneler için küçük, 8 g'dan 8 g'a kadar olan numuneler için orta, 16 g'dan daha ağır numuneler için büyük ve 16 g'dan (C) daha ağır olanlar için ekstra büyük numuneler Gösterilen, her kategorideki numuneler için hücre veriminin dağılımıdır. (B) ve (C) öğelerindeki kırmızı çubuklar her kategorideki ortanca değerleri temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Anti-insan CD45-PE için antikor titrasyonu. (A) 1 μg/mL'deki CD45-PE antikor platolarının konsantrasyonuna kıyasla çizilen pozitif popülasyonun ortalama floresan yoğunluğuna (MFI) sahip CD45-PE (IgG1) titrasyon eğrisi. (B) Antikor konsantrasyonuna karşı boyama indeksini gösteren titrasyon eğrisi, en yüksek boyama indeksinin 1 μg/mL'de olduğunu gösterir. Boyama indeksi şu şekilde hesaplandı: [CD45 MFI pozitif popülasyon - CD45 MFI negatif popülasyon] / [2 * Standart Sapma]. Şekil 2A ve Şekil 2B'ye dayanarak, CD45-PE antikoru için en uygun konsantrasyon olarak 1 μg/mL seçilmiştır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Balgam örneklerindeki SEC'lerin ve ölü hücrelerin oranı dört ağırlık kategorisi arasında tutarlıdır. (A) Balgam örneklerindeki SEC'lerin oranı ağırlık kategorilerine göre sınıflandırılır. Sec kontaminasyonunun yüzdesi, toplam hücre sayımının bir parçası olarak hemositometre ile belirlendi. (B) Hemositometre ve trippan mavi dışlama yöntemi ile belirlenen SECS hariç balgam örneklerinin hücre canlılığı. Her grafik için kırmızı çizgiler ortanca değerleri temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Balgam örneğindeki döküntüleri, ölü hücreleri ve çiftleri dışlamak için gating stratejisi. (A) 5 μm, 20 μm ve 30 μm boyutlarındaki NIST boncukları, kırmızı kutunun gösterdiği kapıyı 5 μm'den küçük ve 30 μm'nin üzerindeki ve eksene yakın daha büyük kalıntıları dışlayacak şekilde ayarlamak için kullanıldı. (B) NIST boncuklarınınkiyle ileri ve yan dağılım için aynı gerilimler kullanılarak bir balgam örneği elde edildi. (A) içinde oluşturulan kapı, enkazı dışlamak için uygulanmıştır. (C) Bu dağılım genişliği grafiğinde eksene yakın küçük döküntüler hariç tutulmuştır. (D) Uygulanabilirlik boyası için negatif, lekesiz popülasyon için kesme (kırmızı çizgi) ayarlamak için tespit edilmemiş bir balgam örneği kullanılmıştır. (E) D'de oluşturulan kesme, canlı, uygulanabilir hücreleri içerecek bir kapı (kırmızı kutu) oluşturmak için lekeli balgam örneğine uygulandı. (F) Kırmızı çokgen tarafından belirtilen tek kapı, diyagonal üzerine düşmeyen hücreleri dışlar, çiftleri ve/ veya kümeleri ortadan kaldırır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Balgam hücrelerinin kan ve kan dışı hücre bölmelerine gating stratejisi. (A) Tekli kapıdan elde edilen lekesiz balgam hücreleri, CD45 (üst) için negatif popülasyondaki kesmeyi (kırmızı çizgi) ayarlamak için kullanılır. Cd45 pozitif (CD45+) ve negatif popülasyonları (CD45-) ayırt etmek için üst profilden kesme lekeli balgam örneğine (altta) uygulanır. (B) FITC/AF488 için izotip antikorlarla boyanmış CD45+ balgam hücreleri negatif popülasyondaki (üstteki) kapıları ayarlamak için kullanılır. Aynı kapılar CD3, CD19, CD66b ve CD206 (altta) kan hücresi belirteçleri ile boyanmış CD45+ balgam hücrelerine uygulanır. (C) Kadran kapıları, izotip kontrolleri (üstte) ile boyanmış CD45- balgam hücrelerine yerleştirilir ve epitel belirteçleri pan-sitokeratin (panCK) ve EpCAM (altta) ile boyanmış balgam örneğinden hücrelere uygulanır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Üç akış sitometrik platformundaki lekeli balgam hücrelerinin kalıntılarını, kümelerini ve ölü hücrelerini dışlamak için gating stratejisi. Navios EX (A), LSR II (B) ve Lirik (C) akış sitometrelerinde elde edilmesi için iki büyük balgam örneği işlendi, birikti, etiketlendi ve üç eşit bölüme ayrıldı. Üst satır: Balgam örnekleri çok küçük ve büyük döküntüleri dışlamak için kapılı (kırmızı kutu) edildi. İkinci satır: Navios EX çizimindeki büyük kırmızı kutu, hücreleri içeren ancak enkazı dışlayan bir ekleme kapısını temsil eder. LSR II çiziminde görülen kesikli küçük kırmızı kutu, daha fazla analizden kaynaklanan kalıntıları ortadan kaldırmak için bir dışlama kapısını temsil eder. Enkaz dışlama gatinginin nerede gerekli olduğunu belirlemek için Lirik ile daha fazla optimizasyona ihtiyaç vardır. Bu nedenle, bu arsada hiçbir kapı yoktur. Üçüncü sıra: kırmızı dikdörtgen kapılar daha fazla analiz için canlı hücreler içerir. Alt satır: çokgen kapı, kapının diyagonal dışına düşen çiftleri hariç tutarak tek hücreye sahiptir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 7: Üç akış sitometrik platformunda kan ve epitel belirteçleri için lekeli balgam için gating stratejisi. Şekil 6'da gösterilen analiz Şekil 7'de devam edilir; tüm uygulanabilir, tek hücreli (alt sıra, Şekil 6) CD45+ ve CD45 popülasyonlarına ayrılmıştır (ilk satır, Şekil 7), böylece kan hücresine özgü belirteçler ve epitel hücreye özgü belirteçler bu popülasyonları daha da açıklayabilir. İkinci sıra: CD45+ hücrelerinden CD3/CD19/CD66b ve CD206 kan hücresi belirteçlerinin profili. Üçüncü sıra: CD45 hücrelerinden epitel hücre belirteçleri panCK ve EpCAM. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Antikor/leke | Amaç |
FVS510 | Canlılık lekesi |
anti-insan CD45 – PE | Pan-lökosit işaretleyici; PE telafisi |
Anti-insan CD66b – FITC | Granülosit işaretleyici |
anti-insan CD3 – Alexa488 | T hücre işaretçisi |
İnsan karşıtı CD19 – Alexa488 | B hücre işaretçisi; FITC/Alexa488 tazminatı |
anti-insan CD206 – PE-CF594 | Akciğer makrofaj işaretçisi; PE-CF594 tazminatı |
İnsan karşıtı EpCAM – PE-CF594 | Epitel hücre işaretleyicisi; PE-CF594 tazminatı |
Anti-insan pan-sitokeratin (panCK) – Alexa488 | Epitel hücre işaretçisi |
IgG1φ – Alexa488 | CD3/CD19/panCK izotip kontrolü |
IgG1φ – FITC | CD66b izotip kontrolü |
IgG1φ – PE-CF594 | CD206/EpCAM izotip kontrolü |
anti-insan CD45 – BV510 | FVS510 tazminatı |
Tablo 1: Kullanılan antikorlar ve canlılık lekeleri. Bu protokolde kullanılan antikorların ve canlılık boyasının listesi. Her birinin tanımladığı hücresel alt kümeler gösterilir.
Tüp (Etiket) | Örnek boyutu* | HBSS (μL) | FVS510 (μL) | CD45 (μL) | Diğer antikorlar (μL) | Hücreler § (μL) | |||
Yersiz | küçük | 80 | 20 | ||||||
Orta | 50 | 50 | |||||||
büyük | 50 | 50 | |||||||
IgG1φ - Alexa488 | IgG1φ- FITC | IgG1φ - PE-CF594 | |||||||
İzotip kontrolü | küçük | 60.65 | 0.6 | 10 | 2 | 6 | 0.75 | 20 | |
Orta | 30.65 | 0.6 | 10 | 2 | 6 | 0.75 | 50 | ||
büyük | 30.25 | 1 | 10 | 2 | 6 | 0.75 | 50 | ||
CD206 | CD3 | CD19 | CD66b | ||||||
Kan | küçük | 92.875 | 1.5 | 25 | 1.875 | 5 | 1.25 | 7.5 | 115 |
Orta | 65.75 | 3 | 50 | 3.75 | 10 | 2.5 | 15 | 350 | |
büyük | 102.5 | 10 | 100 | 7.5 | 20 | 5 | 30 | 725 | |
EpCAM | PanCK | ||||||||
Epitel | küçük | 96.5 | 1.5 | 25 | 10 | 2 | 115 | ||
Orta | 73 | 3 | 50 | 20 | 4 | 350 | |||
büyük | 117 | 10 | 100 | 40 | 8 | 725 | |||
* Numuneler, protokolün balgam ayrıştırma bölümünün 1. | |||||||||
§ Kompanzasyon tüplerindekiler de dahil olmak üzere tüm reaktifler dağıtıldıktan sonra hücreler eklenmelidir (Tablo 3). |
Tablo 2: Balgam hücreli tüplerin içeriği. Uygun örnek boyutu için belirtilen antikor hacimlerini ve canlılık lekesini eklemek için protokolde belirtildiği gibi bu tabloyu kullanın.
Tüp (Etiket) | Reaktifler eklendi (μL) | Reaktifler eklendi (bırak) | ||||||
HBSS | CD45-PE | CD206-PE-CF594 | EpCAM-PE-CF594 | CD19-Alexa488 | CD45-BV510 | CompBead (+) | CompBead * (-) | |
PE kompozisyonu. | 76 | 4 | x | x | x | x | 1 | 1 |
PE-CF594 kompozisyon. | 72 | x | 4 | 4 | x | x | 1 | 1 |
Alexa488/FITC kompozisyon. | 60 | x | x | x | 20 | x | 1 | 1 |
BV510 kompozisyon. | 60 | x | x | x | x | 20 | 1 | 1 |
* Pozitif (+) ve negatif (-) boncuklar tüm reaktifler dağıtıldıktan ve Tablo 2'deki tüpler hazırlandıktan sonra eklenmelidir. | ||||||||
comp. = tazminat |
Tablo 3: Kompanzasyon tüplerinin içeriği. Belirtilen antikor hacimlerini kompanzasyon boncuklarına eklemek için protokolde başvurulmuş olarak bu tabloyu kullanın.
Hücre numarası (x 106) | ||||
A | B | C | D | |
Örnek boyutu | Boyama hacminde * | 50 kat erişim ¶ | Ortanca örnek (katlama erişimi) # | En büyük örnek (katlama erişimi) # |
Küçük | 0.625 | 31.25 | 8.0 (12.8) | 24.77 (39.6) |
Orta | 1.25 | 62.5 | 13.0 (10.4) | 48.87 (39.1) |
Büyük | 2.5 | 125 | 35.4 (14.2) | 113.5 (45.4) |
* Protokolde kullanılan boyama hacimleri (Tablo 2). Hücre numarası, titrasyon eğrisinin nasıl gerçekleştirildiğinin tahmin edildiği gibi; 200 μL başına 1 μg/mL CD45-PE ve 1 x 106 hücre. | ||||
¶ Sütun A'daki hücre numaralarına 50 kat erişim | ||||
# C ve D sütunlarındaki katlama erişimi, C veya D sütunlarının hücrelerinde sunulan sayının A sütunundaki karşılık gelen hücredeki sayıya bölünmesiyle hesaplanır. |
Tablo 4: Her örnek boyutu kategorisindeki tüm numuneler için anti-insan CD45-PE konsantrasyonu.
Balganın hücresel içeriği, genellikle çok fazla enkazla birlikte çok çeşitli hücreler içerir37. Ek olarak, balgam analizi, numunenin ağız boşluğu yerine akciğerden toplandığını doğrulayan bir kalite kontrolü gerektirir38. Bu nedenle, balgamumu akış sitometrisi ile analiz etmek, örneğin çok daha temiz ve homojen bir hücre süspansiyonu serbest bırakan kan için olduğu kadar basit değildir. Bu protokol tüm bu sorunları ele almıştır: hem en küçük hem de en büyük hücre popülasyonlarının tespit edilebilmesini sağlamak için belirli boyut boncuklarını kullanarak cihaz ayarları sağlamak, enkazı, hücre kümelerini, kontamine SEC'leri ve diğer ölü hücreleri ortadan kaldırmak için bir gating stratejisi ve son olarak, balgam örneğinin çoğunlukla tükürük olmak yerine akciğerden olmasını sağlamak için bir kalite kontrol önlemi.
Protokolde balgamla çalışma konusunda işaret etmeye değer kritik adımlar vardır. İlk olarak, hücre verimi, protokolün balgam ayrışma kısmının 2,5. Süzgecin tıkanması nedeniyle çok fazla hücrenin kaybedilmesini önlemek için birden fazla süzgeç gerekebilir. Süzgeçlerden geçen akış belirgin bir şekilde yavaşladığında, yeni bir süzgeç kullanılmalıdır. İkincisi, balgam örneklerinin hücre peleti, özellikle SEC'lerin yüksek kirlenmesi varsa, çok gevşek olabilir. Bu nedenle, numuneleri santrifüj ettikten sonra süpernatantı çıkarırken pelekaya çok yakın aspire etmemek önemlidir. Pelete çok yakın aspirasyon, tüm peletin kaybı değilse, hücre kaybına neden olabilir. Üçüncü olarak, bu protokol bir sabitleme adımı gerektirir. Bu, hücreleri ve lekeleme profillerini korur ve akış sitometresi operatörini korumak için bir güvenlik önlemi görevi görür. Numunelerin belirli akış sitometrelerinde çalıştırması, aerosol üretimi potansiyeli nedeniyle artan biyolojik tehlikelere neden olabilir39. PFA fiksasyonu, operatörü balgam numuneslerindeki potansiyel patojenlerden korumaya yardımcı olur. Dördüncüsü ve belki de balgam örneklerini akış sitometrik analizi için hazırlamanın en zorlu yönü hücre sayımıdır. Balgamda bulunan çok çeşitli hücre türleri nedeniyle hücre sayımı karmaşıktır. Sayım makineleri genellikle yakalayabilecekleri hücre boyutu aralığı ile sınırlıdır ve bu nedenle hemositometreden daha az güvenilirdir. Bununla birlikte, Guiot ve ark.20 tarafından mükemmel bir şekilde tanımlanan balgam örneklerinin hemositometre ile hücre sayımı sıkıcıdır ve pratik yapmanın yeterli olmasını gerektirir. Makul bir akış hızı sağlamak ve akış sitometresinde tıkanıklıkları önlemek için numunenin son resüspensiyon hacminin belirlenmesinde doğru bir hücre numarası çok önemlidir. Balgamdaki çok büyük SEC'lerin varlığı ve ayrışma arabelleği tarafından parçalanmamış veya filtreler tarafından yakalanmayan birçok küçük hücre kümeleri, akış sitometresini tıkama olasılığını arttırır. Bu nedenle, kullanılabilir akış sitometresini kullanarak veri toplama için en iyi hücre konsantrasyonu / akış hızını belirlemek için biraz zaman harcamanız önerilir. Ayrıca, akış sitometresinin balgamda bulunan daha büyük hücre popülasyonlarını ölçebilen uygun akış hücresine ve nozul boyutuna (veya prob) sahip olduğundan emin olun.
Hücre sayımında yeterlilik sağlanmış olsa bile, yine de zaman alıcı bir süreçtir. Bu nedenle, reaktiflerin bu protokoldeki hücre etiketlemesi için belirlemesi, hücre numarası yerine örnek boyutuna (ağırlığa göre değerlendirilir) dayanır. Bu, manuel hücre sayısı antikor ve canlı boya boyası için gereken süre boyunca tamamlanabildiğinden zamanın daha verimli kullanılmasını sağlar. Ancak, bunun üç önemli istisnası vardır. Bir örnek >16 g ise (ekstra büyük örnekler olarak adlandırılır), manuel hücre sayısı lekelenmeden önce gerçekleşmelidir, böylece pahalı reaktifler kan ve epitel tüpleri için her biri sadece 25 x 106 hücre boyanarak korunabilir. Bu hücre numarası, bu iletişim kuralında açıklanan ayarlarda çok güvenilir profiller sağlar. Diğer bir olası istisna, çok küçük bir örnek durumudur. Tahmin, güvenilir profiller oluşturmak için bu protokolde sunulan akış sitometri analizi için en az 1-2 x 106 hücreye ihtiyaç duyulduğudur (veriler gösterilmez). Bu nedenle, bir örnek 1-2 x 106'dan az hücre içeriyorsa, nihai sonuç muhtemelen kabul edilemez olacağından prosedüre devam etmeye değmeyebilir.
Periferik kan hücreleri veya hücre hatları üzerinde iyi çalışan spesifik etiketleme reaktifleri balgamda bulunan kan hücreleri üzerinde çok farklı çalışabilir (yayınlanmamış gözlemler). Bu nedenle, akış sitometrisi deneylerinde kullanılmadan önce her antikorun veya diğer etiketleme reaktiflerinin iyi kurulmuş protokollere34,35 göre titrat yapılması önerilir. Antikor titrasyonlarının çoğu 10 ila 50 kata kadar lekeleme yaparken karşılaştırılabilir sonuçlar vermelidir; ancak, bu aralıktan daha yüksek hücre numaraları ile ek titrasyonlar yapılması önerilir34. Bir reaktif konsantrasyonu belirlendiğinde, bu reaktifin inkübasyon süresini gerçek deneydekiyle aynı tutmak önemlidir. Bu nedenle, protokol, hücreler veya kompanzasyon boncukları eklenmeden önce tüm tampon ve reaktifleri tüplere eklemeyi vurgular. Reaktifleri ve hücreleri/boncukları bir araya toplama sırası, etiketleme sürelerinde daha yüksek tutarlılık sağlar. Her nedense, deneysel kuluçka süresi antikor/ boya titrasyonu için kullanılana benzer tutulamazsa, ikincisi deneyler sırasında mümkün olan bir kuluçka süresi ile tekrarlanmalıdır.
Balgam örnekleri, akciğeri etkileyen çeşitli hastalıkların patofizyolojisini incelemek için tanısal bir örnek olarak yaygın olarak kullanılmıştır. Tüberküloz40,41, KOAH13,42, astım43, kistik fibrozis44,45, akciğer kanseri46,47,48 ve romatoid artrit49, invaziv olmayan bir örnek olmasının avantajı nedeniyle balgamının çalışıldığı birçok hastalık arasındadır. Daha yakın zamanda, koronavirüs pandemisi sırasında, koronavirüs hastalığı 2019 (COVID-19)50 ile hastaneye yatırılan hastalarda uzun süreli viral dökülmeyi tespit etmek için balgam kullanılmıştır.
Balgamdaki hastalığa özgü belirteçleri tanımlamak için ters transkripsiyon-polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR), protein analizi, mikroskopi ve akış sitometrisi gibi çeşitli teknolojiler kullanılmıştır. Balgam örneklerini analiz etmek için akış sitometrik platformu kullanmak yaygın olarak kullanılmaz, ancak kullanımı artar. Akış sitometresi teknolojisindeki son gelişmeler3,51,52, ayrıca floroforların kimyalarındaki gelişmeler, yeni antikor klonlarının üretimi ve ölü hücre popülasyonlarını tanımlamak için çeşitli boyaların geliştirilmesi51,53,54, insan hastalıklarını teşhis etmeyi amaçlayan antikor panelleri tasarlama olasılığı önemli ölçüde artmıştır. Ayrıca, akış sitometrik verilerinin analizini otomatikleştirmek için son itme55,56, akış verilerini manuel olarak okuma ve yorumlamadaki potansiyel önyargıyı ortadan kaldıracaktır. Akış sitometristindeki bu yeni gelişmeler, balgamının klinik tanı olarak araştırılmasını önemli ölçüde kolaylaştıracaktır.
Tüm yazarlar bioAffinity Technologies'in geçmiş veya mevcut çalışanlarıdır.
David Rodriguez'e figür hazırlığındaki yardımı için teşekkür etmek istiyoruz. Balgam örnekleri UT Health, NIH-NCI P30 CA054174-20 (CTRC at UT Health) ve UL1 TR001120 (CTSA hibesi) tarafından desteklenen UT Health San Antonio Flow Cytometry Paylaşılan Kaynak Tesisi'ndeki BD LSR II'de çalıştırıldı.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1% Paraformaldehyde Flow-Fix | Polysciences | 25037 | |
100 µM nylon cell strainers, Falcon #352360 | Fisher Scientific | 08-771-19 | |
3 M NaOH | EMD | SX0593-1 | |
50 mL conical falcon tube | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
Alexa488 anti-human CD19 | BioLegend | 302219 | |
Alexa488 anti-human CD3 | BioLegend | 300415 | |
Alexa488 anti-human cytokeratin | BioLegend | 628608 | |
Alexa488 PanCK, CD3, and CD19 Isotype | BioLegend | 400129 | |
BV510 anti-human CD45 | BioLegend | 304036 | |
CD66b FITC isotype | BD Biosciences | 555748 | |
CompBead Plus Compensation Beads | BD Biosciences | 560497 | |
Corning Polystyrene dispoable sterile bottle 250 mL | Fisher Scientific | 09-761-4 | |
Corning Polystyrene dispoable sterile bottle 500 mL | Fisher Scientific | 09-761-10 | |
CS&T beads | BD Biosciences | 655051 | |
DTT | Fisher Scientific | BP172-5 | |
FITC anti-human CD66b | GeneTex | GTX75907 | |
Fixable Viability Stain | BD Biosciences | 564406 | |
FlowCheck | Beckman Coulter | A69183 | |
FlowSet | Beckman Coulter | A69184 | |
HBSS | Fisher Scientific | 14-175-095 | |
NAC | Sigma-Aldrich | A9165 | |
NIST Beads, 05 μM | Polysciences | 64080 | |
NIST Beads, 20 μM | Polysciences | 64160 | |
NIST Beads, 30 μM | Polysciences | 64170 | |
PE anti-human CD45 | BioLegend | 304039 | |
PE-CF594 anti-human EpCAM | BD Biosciences | 565399 | |
PE-CF594 CD206/EpCAM Isotype | BD Biosciences | 562292 | |
PE-CR594 anti-human CD206 | BD Biosciences | 564063 | |
Sodium citrate dihydrate | EMD | SX0445-1 | |
Trypan Blue solution, 0.4% | Fisher Scientific | 15250061 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır