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THP1细胞感染寄生虫救援和转化试验与杜氏利什曼原虫
利什曼病是世界上最被忽视的疾病之一,主要是影响到最贫穷的人,主要是在发展中国家。有超过350万人被认为是感染利什曼病的风险,约2万新发病例,每年发生1。 杜氏利什曼原虫的病原体为内脏利什曼病(VL),最致命的疾病。 2可用于治疗利什曼病的药物的选择是有限的,目前的治疗方法治疗效果有限,许多是有毒的治疗剂量。另外,大多数的第一线治疗药物已经失去了其效用由于增加多重耐药性3。目前管道的反leishmanial药物也严重枯竭。持续的努力来丰富一个新的反leishmanial的药物发现管道,努力依赖于是否有合适的体外筛选模型。
在体外的前鞭毛体和无菌无鞭毛体检测主要用于的反leishmanial药物筛选,但由于显着的细胞,生理,生化和分子细胞内的无鞭毛体比较差异,可能不适合。检测与巨噬细胞的无鞭毛体模型被认为是最接近的利什曼病的病理生理条件下,因此是最合适的体外筛选。有区别的,非分割的人类急性单核细胞白血病细胞(THP1),(使一个有吸引力)替代隔离的巨噬细胞,并可以用于不同的化合物对细胞内的无鞭毛体测定的反leishmanial活性。
在这里,我们提出了一个的寄生虫救援和转化实验感染杜氏利什曼原虫的体外筛选纯化合物和天然产品的差异化THP1细胞的UCTS提取物和确定的疗效,对细胞内的利什曼原虫无鞭毛体。该试验涉及以下步骤:(1)THP1细胞的非分割的巨噬细胞的分化的影响,(2)感染的巨噬细胞与L.亚循环前鞭毛原虫 ,(3)治疗感染的细胞与试验药物,(4)控制感染的巨噬细胞溶解,(5)无鞭毛体(6)改造现场无鞭毛体前鞭毛体的释放/救援。该法进行了优化,使用清洁剂处理,控制利什曼原虫感染的THP1细胞的裂解,实现几乎完全的拯救他们的能力,转化为前鞭毛体的活细胞内的无鞭毛体的影响最小。不同的巨噬细胞:前鞭毛体的比例进行了测试,达到最大的感染。量化的感染进行改造现场,救出了利什曼原虫无鞭毛体前鞭毛体和评估其增长的阿拉姆arBlue荧光检测在96孔微孔板中。该法是与目前所使用的显微镜下,转基因报告基因和数字图像分析测定。此法是健全和措施,只有在活细胞内的无鞭毛体相比,报告基因和图像分析检测,可能无法区分活的和死的无鞭毛体。另外,检测已被验证的电流面板反leishmanial药物,并已成功地应用于大规模筛选的纯化合物和天然产物的馏分(Tekwani 等人,未出版)图书馆。
1。维护和继代培养THP1细胞培养
2。维护和继代培养的杜氏利什曼原虫前鞭毛体文化
3。在9播种和分化的THP1细胞6孔微孔板和16室的玻璃文化的幻灯片。
注:THP1细胞,通常在悬浮液中生长,分化成粘附的巨噬细胞。
4。感染转THP1细胞杜氏利什曼原虫前鞭毛体
5。治疗感染的巨噬细胞与试验药物/化合物
6。商会幻灯片染色,荧光显微镜成像和图像分析的定量感染和药物治疗效果
7。的寄生救援转型含量:对照裂解L.原虫无鞭毛体感染的巨噬细胞
8。转化前鞭毛虫(定量分析的AlamarBlue检测)
9。标准化的THP1细胞中的寄生虫比
10。不同的清洁剂来控制细胞裂解标准化
两个数字图像分析直接计数检测和的寄生虫救援转型含量进行了定量分析为24,48,72和96小时后药物治疗
在直接计数法,感染L.原虫感染的巨噬细胞(THP1细胞)是由下面的等式计算:
无鞭毛体(通过无鞭毛体细胞核计数确定)/ 100转化THP1细胞(确定在THP1细胞核计数计数)( 图7)是更准确的测量,分析不同的标准或试验化合物的影响比受感染的THP1细胞的百分比,以前的一些论文中所报告的,因为这个数字是直接关系到整体效果的化合物,无论是通过减少计算寄生在巨噬细胞或巨噬细胞cells.Infection总去除寄生虫感染的不同稀释度的不同的时间间隔( 图10和表1)与不同的标准药物治疗在THP1细胞从数字图像。读出的数字图像分析直接计数-含量无鞭毛体infection/100转化THP1细胞,而读出的寄生救援-转化-含量的时间是相对荧光单位(RFU),这是获救从感染的巨噬细胞的活利什曼原虫的无鞭毛体的数目成正比,并变换成前鞭毛体。经常使用的AlamarBlue检测利什曼原虫前鞭毛体的反leishmanial药物筛选。
该法最初是规范和优化控制利什曼原虫感染的THP1细胞裂解。其目的是要优化的条件用于洗涤剂特雷atment,收率THP1细胞几乎完全溶解的影响最小获救的无鞭毛体的可行性。 图1示出了完整的检测协议的微观图。完好无损THP1细胞感染利什曼原虫的无鞭毛体,可以看到在图1A,图1B示出的洗涤剂处理后THP1细胞裂解。 图1C示出获救利什曼原虫无鞭毛体,其中部分已被转化为前鞭毛体和图1D示出了几乎完全转化的无鞭毛体进入前鞭毛体,并随后将其增殖。这些转化的前鞭毛体的生长可以定量监测与添加的AlamarBlue和测量的荧光酶标仪。治疗与NP-40( 图2A)和Triton X-100的( 图2B)裂解感染THP1细胞,但是,它也影响的生存能力和获救的无鞭毛体的改造。含吐温20( 图2C)和吐温80( 图2D)的处理没有引起导致到一个不完整的无鞭毛体救援THP1细胞,如转化的前鞭毛体的低的数字所表示的最佳的溶解。治疗与0.05%SDS,30秒( 图2E),得到几乎完全裂解Leishmania感染THP1细胞,并没有影响获救无鞭毛体的可行性和改造。进一步的优化表明,处理过的细胞用0.05%SDS的20-30秒得到可行的利什曼原虫的无鞭毛体( 图2F)的最高救援。在随后的实验中,用0.05%SDS的治疗,持续30秒。 SDS处理的程序是相同的单个或多个板。在多板,SDS处理实施柱柱多道移液器。除去无血清培养基中,从板的一列的所有8个孔的20&亩; l的0.05%SDS的溶液中加入的同一列中的8个孔中,并与10%FBS的RPMI-1640稀释,在30秒后。测定初始标准化的期间,将板非内化的前鞭毛体在显微镜下检查。至少五个洗涤是必要的以除去寄生虫感染的巨噬细胞与标准化合物和洗涤三次SDS处理的步骤7的前有必要的治疗在步骤5之前。因此,将细胞洗涤8次,并没有可见的非内化的前鞭毛体保持在控制感染THP1细胞裂解之前。
数字图像分析和直接计数
的数字图像捕获Leishmania感染THP1细胞有关Nikon Eclipse的90I荧光显微镜下观察与特征动质体DNA的荧光过滤器这两种巨噬细胞的细胞核和细胞内的利什曼原虫细胞核染色后用SYBR Green I.( 图3)。另外,摄影图像的感染THP1细胞也被下拍摄DIC。当两个图像的合并,THP1细胞与细胞内的无鞭毛体的轮廓更清楚地看出( 图4)。的的ImageJ软件,用来分析这些图像。 ImageJ是一个公共领域的,基于Java的图像处理程序在国家机构的健康( http://rsb.info.nih.gov/ij/download.html )开发的。 ImageJ的设计已通过Java插件和录制的宏提供了可扩展的开放式架构。自定义的采集,分析和处理插件,可开发利用ImageJ的内置的编辑器和Java编译器。对于差分计数的THP1细胞的细胞核和寄生虫核的ImageJ的,图像被打开了ImageJ的。细胞的计数器被发现在分析选项的软件插件。图像进行初始化和细胞计数类型被选定为THP1Ç埃尔细胞核和细胞计数器类型2被选择的寄生虫核( 图3)。做了至少200 THP1细胞的细胞核和细胞内的无鞭毛体,THP1细胞的细胞核中存在的这些差异点票。寄生虫救援法和图像分析方法比较了具有不同的巨噬细胞的前鞭毛体的比例( 图4)用于评估THP1细胞的感染性, 图5表示的差分THP1细胞中的感染,在不同的巨噬细胞:前鞭毛虫比率。两种方法都显示,可比的结果和巨噬细胞:前鞭毛虫的比例为1:10,取得了最佳的和可重复的感染力。
一旦条件parasite-rescue/transformation法和数字图像分析进行了优化,该实用程序的这些测定评价为反leishmanial药物筛选。 利什曼原虫感染的THP1细胞用不同浓度的标准一NTI-leishmanial药物,即两性霉素B,喷他脒和不同的时间间隔为24至96小时,米替福新。实验寄生虫救出/转化试验中,一式三份进行,并直接细胞计数法进行一式两份的实验, 图6示出了控制感染,控制感染未处理和利什曼原虫感染,治疗THP1细胞的显微镜图像。的剂量响应曲线,从寄生虫救援和转化实验(对比转化寄生虫药物的浓度)和图像分析测定(amastigotes/100 THP1细胞的数目)(图7-9)中制备。的药物的IC 50分别计算通过ExcelFit和列于表1中。数字图像分析直接计数检测和寄生虫救援转型含量的显示,可比的结果。数字图像分析直接计数法得到优化的较少,在早期时间点的24小时和48小时药物吨reatments,而寄生救援转型检测结果显示结果更符合报告的值在所有的时间点在24-96小时后,药物治疗。结果与数字图像分析直接计数检测和寄生虫救援转型含量的差异可能是由于存在非可行的无鞭毛体在早期的药物治疗期间的数字图像分析直接计数 - 检测。
图1。显微镜观察杜氏利什曼原虫无鞭毛体救援和改造前鞭毛体。 A -贴壁THP1细胞感染了利什曼原虫无鞭毛体; B -贴壁,受感染的THP1细胞,在控制裂解Ç -救出感染THP1巨噬细胞的电池D的无鞭毛体转化杜氏利什曼原虫前鞭毛体-细胞生长和增殖的转录sformed 杜氏利什曼原虫前鞭毛体。
图2。优化的控制感染的THP1细胞裂解,以实现最大的救援现场杜氏利什曼原虫无鞭毛体和转型前鞭毛体。THP1细胞和救援的无鞭毛体,从不同的清洁剂利什曼原虫感染的 THP1细胞裂解分析。两个的洗涤剂的浓度(0.05%和0.1%)和两个时间周期(30秒和60秒),用于治疗进行了测试。 RFU相对荧光单位。每个酒吧的平均重复观测。[A] NP-40治疗引起的THP1细胞裂解,也影响了获救的无鞭毛体寄生虫的可行性。[B]的Triton X-100疗程NT引起的THP1细胞裂解,也影响了获救的无鞭毛体寄生虫的可行性[C]吐温80的THP1细胞引起的部分裂解抢救无鞭毛体。[D]吐温80的THP1细胞引起的部分裂解抢救无鞭毛体。[E [SDS处理几乎完全裂解引起的THP1细胞获救的无鞭毛体的可行性,并没有影响在0.05%/ 30秒[F] 20-30秒,0.05%SDS的治疗造成了几乎完整的THP1细胞裂解,并救出可行的寄生虫无鞭毛体转化为前鞭毛体。 点击此处查看大图 。
图3。荧光数字图像的分化的THP1细胞在体外感染Leishmani原虫无鞭毛体。也可以看出的特征kDNA与每个寄生虫核。巨噬细胞的核(MN)(1)和寄生虫核(PN)(2)差异标记和差分计数ImageJ的分析软件进行定量评价的感染。定量的amastigotes/100 THP1细胞数。
图4。比较数字图像分析直接计数含量(下图)和寄生虫救援转型含量(上图)。的巨噬细胞:前鞭毛虫之比为1:10,得到最佳的感染。这两个人都表现出类似的结果。救援的寄生虫检测结果显示一些背景值。每个栏显示重复值的意思。
图5。THP1细胞感染利什曼原虫前鞭毛体由不同THP1:前鞭毛虫比。作为amastigotes/100 THP1细胞数的定量结果在图4中给出。
图6。数字图像(从萤光灯+ DIC)的THP1细胞感染利什曼原虫无鞭毛体与标准的反leishmanial药物治疗后不同的时间段。 结果进行了量化的作为中的amastigotes/100 THP1细胞数,并用于计算%的增长,与未处理的对照组相比,确定IC 50值。
图7。比较数字图像分析直接计数检测和寄生虫救援转型为的反leishmanial药物筛选(Amophotericin B)的测定。治疗感染的巨噬细胞与不同浓度的标准抗leishmanial药物的不同时期。 IC 50值(微克/毫升)计算出的剂量反应曲线Excelfit。 点击此处查看大图 。
数字图像分析直接计数检测和寄生虫救援转型含量的比较图8。的药物筛选NTI-leishmanial(喷他脒)。治疗感染的巨噬细胞与不同浓度的标准抗leishmanial药物的不同时期。 IC 50值(微克/毫升)计算出的剂量反应曲线Excelfit。 点击此处查看大图 。
图9比较数字图像分析直接计数法和反leishmanial药物筛选(Mitefosine)的寄生虫救援转型含量。被感染的巨噬细胞分别用不同浓度的标准的反leishmanial药物不同的时间段。从Excelfit的剂量响应曲线计算IC 50值(微克/毫升)。点击这里查看大图 。
测试药物 | 24小时一 | 48小时一 | 72小时一 | 96小时一 | ||||
IACA b | PRTAÇ | IACA b | PRTAÇ | IACA b | PRTAÇ | IACA b | PRTAÇ | |
两性霉素B | 0.24±0.03 | 0.17±0.01 * | 0.12±0.04 | 0.20±0.07 | 0.06±0.01 | 0.06±0.01 | 0.11±0.03 | 0.10±0.03 |
喷他脒 | > 10 | 2.55±1.16 * | 2.88和PLusmn 0.58 | 1.43±0.91 | 1.24±0.35 | 1.52±0.16 | 0.71±0.63 | 0.98±0.33 |
米替福新 | 0.38±0.02 | 0.19±0.08 * | 0.24±0.06 | 0.30±0.08 | 0.36±0.02 | 0.16±0.06 | 0.21±0.15 | 0.17±0.10 |
表1的数字图像分析直接计数检测和寄生虫救援转型含量为的反leishmanial药物筛选。治疗感染的巨噬细胞与不同浓度的标准抗leishmanial药物的不同时期。从剂量反应曲线计算的IC 50值(微克/毫升) 一个小时后的药物治疗,B IACA =图像分析和直接计数者Excelfit( 图7-9)。含量,C PRTA寄生虫救援和转化实验。所给出的值是为微克/毫升的IC 50值 (引起50%抑制寄生虫的生长的药物的浓度)是至少三次实验的平均值±SD。 *显着性差异(P <0.05)相比,IC 50值IACA。
有几种方法可用于基于巨噬细胞的无鞭毛体模型的的反leishmanial药物筛选。检测可以做到与收集从宿主动物即腹膜渗出细胞(PEC),外周血单核细胞(PBMC)的巨噬细胞6或骨髓来源的巨噬细胞(BMM)或单核细胞的细胞系,例如鼠标(J774和RAW264.7 )7和人类(THP1,U937,HL-60)8单核细胞。使用的分析,将宿主细胞,必须保证药物活性的影响因子,被认为是寄生虫与宿主细胞的数量。收集来自各种来源(如小鼠和大鼠)的巨噬细胞分化的初级非分裂的性质,但这些细胞制剂可能不具有均匀的细胞群。单核细胞衍生的细胞系在性质上是同质的,是一个更好的模型的巨噬细胞无鞭毛体为基础的筛选。在不同的单核细胞系,不同rentiated THP1细胞(人急性单核细胞白血病细胞系),可以形成非分割的单层和一次分离巨噬细胞提供了一个有吸引力的替代。
无鞭毛体的巨噬细胞为基础的筛查,可以做到在几个方面。古典微观评价的基础上直接的细胞和寄生虫计数9是劳动密集型的。自动化的情况下限制该测定中的效用。细胞计数是耗时,并可能给出不准确的IC 50值的测定,因为测定的寄生虫生存能力通过染色程序是困难的。许多荧光染料的抗体和单克隆抗体可用于流式细胞术分析10,11,但这些测定也有限的,由于较低的灵敏度和限制的药物处理的时间间隔只有一天。有几个报告基因检测可用于定量细胞内的无鞭毛体的生长12,13,14。一个自动贩卖机编筛选可能可以使用的报告基因,但这些测定也有某些缺点。首先,大多数这些实验需要保持游离的报告基因的表达,这可能不是理想的药物筛选实验药物的选择。报告基因的引入方式,其中也可能影响生理特性的寄生虫,并有一定影响的筛选。如果报道基因是附加体的质粒的一部分,相对输出的记者可能依赖于转染的质粒的拷贝数(从细胞到细胞而变化),而不是上的活性的药物14。某些记者转化寄生虫寄生虫不需要选择性的压力,以保持报道基因,然而,有可能是生物的后果可以通过破坏的基因组的体系结构或只是由外国记者蛋白15的存在下。在一些报告基因为基础的分析,有问题的敏感性和背景活动16。最重要的是,许多报道基因表达分析,特别是1用GFP记者gene15,可能无法区分活的和死的细胞内的无鞭毛体。检测荧光素酶报告基因的基础上可分辨活的和死的细胞内的无鞭毛体,但这些测定的基板和细胞溶解缓冲液是昂贵的大规模筛选17。为了克服这些缺点和局限性的巨噬细胞无鞭毛体为基础的筛选试验,我们已经开发和优化这种寄生虫救援和转化实验。此测定是基于THP1细胞,它具有良好的均匀性和非分裂的性质,作为宿主细胞。
这里描述的是寄生虫的救援转型含量检测的分析基于数字图像分析直接计数细胞内的无鞭毛体的相媲美。荧光和DIC显微镜,数码成像ImageJ的差分计数的巨噬细胞的细胞核和寄生虫的核戊分析,进一步完善了显微计数分析。荧光灯下的过滤器和微分干涉相差(DIC)的过滤器捕获的图像的改进的数字图像的质量,以便更准确地计数的细胞内寄生虫。荧光和DIC图像可以合并获得的数字图像与清晰的巨噬细胞的轮廓和荧光细胞内的细胞核。巨噬细胞的细胞核和寄生虫核差异与ImageJ的认可。因此,这两个数字图像分析直接计数检测和寄生虫救援转换的含量有可能大规模筛选自动化和应用程序。寄生救援-转化-含量中的关键步骤是:(一)暴露在利什曼原虫前鞭毛体的的THP1细胞培养后,反复洗涤,以确保几乎完全除去的非实习生alized前鞭毛体和(b)控制的感染THP1细胞与SDS裂解。这两个步骤也可以被控制与自动化和不应妥协测定的吞吐量。利什曼原虫的感染THP1细胞暴露试验药物/化合物的第二个步骤洗涤后,去除剩余的非内在的寄生虫,如果有的话。寄生虫的救援转型含量提供显着的优势,在现有的微观,报告基因和图像分析检测。该法是简单,可靠,重现性好,可以自动进行大规模的筛选,因此应为新的反leishmanial的药物发现的大分子化合物库中筛选有重要的应用。另外,也可以被应用于测定感染性临床评价,以及,实验室株利什曼原虫在体外 。
没有利益冲突的声明。
该NCNPR USDA-ARS科学的协议58-6408-2-0009; CDMRP授予奖#W81XWH-09-2-0093美国陆军医学研究和装备司令部。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
的试剂的名称 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
佛波醇-12 - 肉豆蔻13 - 醋酸酯(PMA) | Sigma-Aldrich公司(美国) | P1585 | 所需的THP1细胞的分化。 |
的RPMI-1640中等 | Invitrogen公司 | 23400021 | |
实验室-Tek腔室滑动系统(16室) | 赛默飞世尔科技Nunc公司 | 178599 | |
清除,平底,96孔板 | BD猎鹰 | 353075 | 板来执行96 - 孔板检测 |
两性霉素B | Sigma-Aldrich公司(美国) | A4888 | 标准的反leishmanial药物溶解在DMSO(2毫克/毫升) |
喷他脒异硫代萨< | Sigma-Aldrich公司(美国) | P 0547 | 标准的反leishmanial药物溶解在DMSO(2毫克/毫升) |
米替福新 | 美国EMD Biosciences公司 | 475841 | 标准的反leishmanial药物溶解在无血清的RPMI-1640培养基(准备新鲜的)(2毫克/毫升) |
葡萄糖酸锑钠 | 美国EMD Biosciences公司 | 567565 | 与4%FBS的RPMI-1640标准的反leishmanial药物准备。 (1毫克/毫升) |
十二烷基硫酸钠 | Sigma-Aldrich公司(美国) | ł5750 | |
荧光显微镜 | NIKON | ECLIPSE 90I | |
荧光酶标仪 | BMG | 极星驰 | |
安装中 | Sigma-Aldrich公司(美国) | 中号1289 | |
一lamarBlue | ABD Serotec公司 | BUF012乙 | |
SYBR Green I的 | Sigma-Aldrich公司(美国) | 小号9430 | |
碳酸氢钠 | 费舍尔科学。 | 523500 | |
丙酮酸钠 | Sigma-Aldrich公司(美国) | P2256 | |
2 - 巯基乙醇 | Sigma-Aldrich公司(美国) | M6250 | |
胎牛血清 | 亚特兰大生物 | S11050H | |
吐温20 | Sigma-Aldrich公司(美国) | P9416 | |
吐温80 | Sigma-Aldrich公司(美国) | P6474 | |
的Triton X-100的 | Sigma-Aldrich公司(美国) | T8787 | |
NP-40 | Calbiochem公司 | 492016 |
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