高维流式细胞术用于解剖种植体组织的免疫功能分析

摘要

从解剖的植入物中分离细胞并通过流式细胞术对其进行表征，可以显著有助于了解针对植入物的免疫反应模式。本文描述了一种从解剖植入物中分离细胞及其染色以进行流式细胞术分析的精确方法。

摘要

在个体体内植入实验室培养的组织或医疗设备的成功取决于受体宿主的免疫反应。将植入物视为异物，敌对和失调的免疫反应可能导致植入物的排斥反应，而调节反应和稳态的恢复可能导致其接受。分析在 体内 或 离体 环境中解剖的植入物的微环境有助于了解免疫反应的模式，这最终有助于开发新一代生物材料。流式细胞术是一种众所周知的技术，用于根据细胞表面标志物表征免疫细胞及其亚群。本综述描述了一种基于手动切割、酶消化和通过细胞过滤器过滤的方案，用于从解剖的植入物组织中分离均匀的细胞悬浮液。此外，还解释了多色流式细胞术染色方案，以及初始流式细胞仪设置的步骤，以通过流式细胞术表征和定量这些分离的细胞。

引言

医学领域的进步导致频繁使用植入材料来支持受损组织的功能或再生长 ^1,2。这些设备包括起搏器、重建美容植入物和用于骨折固定的骨科板^{等设备 3,4}。然而，用于制造这些植入物的材料及其植入位置在决定这些植入物的成功方面起着重要^作用5,6,7。作为异物，这些植入物可以产生来自宿主的免疫反应，从而导致排斥或耐受⁸.这一因素推动了生物材料研究，以产生能够在植入后吸引所需免疫反应的材料 9,10,11,12。

免疫反应是再生医学领域的基本要求，在再生医学领域，组织或器官在实验室的生物材料骨架（支架）周围生长，以替换受损的组织或器官^13,14,15,16。在再生医学中，目标是通过使用细胞、信号和支架来替换缺失或受损的组织，其中每个细胞都可以通过免疫反应极大地调节¹⁷。此外，即使需要缺乏免疫反应，也很少缺乏免疫活性，而不是存在所需的调节谱¹⁸。流式细胞术等技术可以在表征对用于涂覆植入装置或开发组织工程支架的各种生物材料的免疫反应模式方面发挥重要作用¹⁹。

反过来，这些信息最终将有助于开发免疫系统可以很好地耐受的植入物的生物材料，或者开发可以在组织工程中发挥建设性作用的支架。正确制备用于流式细胞术分析的样品是避免通过荧光激活细胞分选进行免疫表征结果不准确的重要步骤^20,21。因此，本综述提出了一种详细的方法，可用于从支架组织中分离细胞、对细胞悬液进行染色和流式细胞术分析。

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研究方案

注: 图1 概述了流式细胞术方案。

1）试剂制备

1. 准备用于稀释酶和组织培养的培养基。
   1. 将 5 mL 4-（2-羟乙基）-1-哌嗪乙磺酸 （HEPES） 缓冲溶液加入 500 mL RPMI 培养基中并摇匀。将培养基储存在4°C直至进一步使用。
2. 计算酶溶液的体积。
   注:酶溶液的体积是含有酶（胶原酶和DNase I）的培养基的体积，该酶在6孔板中消化切块组织所需的酶（胶原酶和DNase I）;这取决于样本的数量。
   1. 使用以下公式计算所需的体积:
      （待消化样品数） × 5 mL 无血清 RPMI 和 10 mM HEPES 缓冲液
      注:例如，对于 0.1 至 0.3 g 解剖的脾脏，使用 5 mL 培养基制备酶溶液。本手稿中描述的酶消化方案主要用于从小鼠解剖的软组织（范围为0.1至1g），包括大脑，肾脏，皮肤，肝脏，肺，脾脏，肌肉，以及由合成材料或细胞外基质蛋白制成的皮下植入物周围的胶囊。消化坚硬的软骨组织可能需要不同的条件和体积的消化酶，这只能通过优化来确定。
   2. 计算酶溶液所需的胶原酶和 DNase 的量。
      注:在该方案中，使用0.25mg / mL胶原酶和0.2mg / mL DNase I。胶原酶和脱氧核糖核酸酶所需的工作浓度可能因不同类型的组织而异¹⁹。
3. 通过将 1 μL 活性染料（参见 材料表）加入 999 μL 磷酸盐缓冲盐水 （PBS） 中来制备 1:1000 的活性染料溶液，并涡旋溶液。将溶液储存在4°C的黑暗中，直至进一步使用。
4. 通过将 1 g 牛血清白蛋白 （BSA） 加入 100 mL PBS 中来制备染色缓冲液，并涡旋溶液直至 BSA 完全溶解。将溶液储存在4°C直至进一步使用。

2） 设置酶消化板

1. 设置一个 6 孔板，每个孔中装有 70 μm 细胞过滤器。将步骤 1.1.1 中制备的 3 mL 培养基加入每个孔中，并在冰上孵育。
2. 将剩余的培养基（2mL /孔）储存在37°C的培养箱或水浴中，以悬浮计算量的胶原酶和DNase I（步骤1.2.2）。

3） 细胞分离

1. 将解剖的植入物/组织放入盘子中，然后用剪刀切成细块。或者，使用组织解离器或手持式均质器使用机械破碎方法。由于白细胞数量众多，在每次运行中解剖脾脏以用作染色对照。
   注意:由于某些材料会引起更高水平的纤维化，因此该方案适用于高度纤维化和最小纤维化的材料。然而，在染色前，应评估每种处理方法在消化后的细胞产量和活力。避免夹层时外周血污染。
2. 将胶原酶和DNase I（在步骤1.2.2中计算的体积）加入已加热至37°C的剩余RPMI（2mL）中。 向每个孔中加入 2 mL 完全酶溶液。
3. 将板置于37°C和100rpm的孵育振荡器中45分钟。
   注意: 堆叠板时要小心，因为这会抑制适当的热传递。
4. 同时，用剪刀从 1000 μL 吸头末端切碎 3-4 mm，准备悬浮液分液吸头。孵育后，将悬浮液在孔中上下移液，使用切碎的尖端彻底混合。将细胞过滤器放在 50 mL 锥形管的顶部，并将消化的溶液通过细胞过滤器。
   注意:70 μm 细胞过滤器足以将细胞与植入的生物材料（例如藻酸盐）分离。如果需要更高的纯度，请使用密度梯度分离等工艺来获得富集的白细胞群。
5. 用1x PBS溶液冲洗孔，并通过过滤器转移冲洗体积，然后用1x PBS溶液加入过滤器的洗涤液，直到管中的体积达到50mL。
   注意:1x PBS必须在室温下，以防止消化物粘度增加，并允许在离心过程中进行细胞沉淀。
6. 在室温下以300× g 离心管5分钟。离心后，使用血清移液管小心地吸出上清液，不要干扰沉淀。将沉淀重悬于1000μL的1x PBS中，并将悬浮液转移到微量离心管中。
7. 将 10 μL 细胞悬液与 10 μL 台盼蓝混合，并将悬浮液加载到计数室载玻片上，以便使用自动细胞计数仪计数细胞，或在血细胞计数器上通过显微镜下的常规方法进行计数。或者，使用流式细胞术细胞计数微球。

4） 流式细胞术染色

1. 参见 图 2 ，了解 45 个样品、荧光负一 （FMO） 对照、补偿对照和完全染色脾脏样品对照的 14 色实验的示例板布局。估计细胞总数后，计算每个样品染色1×10⁶ 个细胞所需的细胞悬液体积，以及每个补偿和FMO对照染色0.5×10⁶ 个细胞所需的细胞悬液体积。将所需体积的细胞悬液分配到 V 形底 96 孔板的孔中，并用 1x PBS 将体积补足至 100 μL。
   注:例如，如果在步骤3.6中获得的1000μL细胞悬液含有40×10⁶ 个细胞，则对于1×10⁶ 个细胞，需要1000/40×10⁶ = 25μL细胞悬液。
2. 将板在4°C下以300× g 离心5分钟，吸出上清液，然后用100μL的1:1000活性染料溶液将细胞重悬于样品孔和补偿对照孔中以确定活力（参见 材料表）。
3. 对于其他补偿孔以及FMO和未染色孔中的细胞，用100μL 1x PBS重悬它们。
4. 将细胞在4°C下在黑暗中孵育30分钟。
5. 同时，制备用于对样品和 FMO 对照进行染色的表面抗体混合物:每个样品 50 μL 或 FMO。有关抗体混合物的示例，请参见 表1 。
6. 孵育后，向每个孔中加入100μl1x PBS，在4°C下以300× g 旋转5分钟。
7. 吸出上清液并重悬于200μL染色缓冲液（1x PBS + 1%BSA）中;在4°C下以300× g 离心5分钟。
8. 吸出上清液，并用 50 μL 1x PBS 将细胞重悬于补偿、FMO 和未染色孔中。将 50 μL 抗体混合物加入相应的样品孔和 FMO 孔中。将相应的抗体添加到不同的补偿孔中。
9. 将板在4°C的黑暗中孵育45分钟。 孵育后，在每个孔中加入150μL染色缓冲液，并在4°C下以300× g 离心细胞悬液5分钟。
10. 吸出上清液，用200μL染色缓冲液重悬细胞，并在4°C下以300× g 离心细胞悬液5分钟。
11. 如果分析样品时没有固定，请将其重悬于 200 μL 染色缓冲液中，然后继续执行第 6 部分关于细胞仪设置和样品分析的内容。如果固定细胞，洗涤后吸出上清液，并加入 100 μL 固定剂，例如 4% 多聚甲醛。如果对细胞内标志物进行染色，请继续执行关于细胞内染色的第5部分，并固定和透化细胞（参见 材料表）。在4°C的黑暗中孵育细胞20分钟。
    注意:由于固定会影响某些荧光团的荧光强度，因此在有固定和没有固定的情况下评估每个panel。
12. 孵育后，加入100μL的1x PBS，然后在4°C下以300× g 离心5分钟。 吸出上清液，重悬于1x PBS中，并在4°C下以300× g 离心5分钟。
13. 将细胞重悬于200μL染色缓冲液中，并在流式细胞术分析之前储存在4°C。

5） 细胞内染色

1. 从步骤4.11继续进行细胞内标志物的固定和通透，加入100μL适当的缓冲液。将细胞在4°C下以350× g 离心5分钟。 吸出上清液，并将沉淀重悬于200μL固定剂透化剂溶液中;将细胞在4°C下以350× g 离心5分钟。 吸出上清液，并用在适当缓冲液中稀释的细胞内抗体重悬沉淀。
   注:抗体类型和稀释度将取决于靶细胞。例如，一种常见的细胞内标记物是用于调节性 T 细胞的叉头盒 P3，通常以 1:100 的稀释度使用。
2. 将细胞悬浮液在4°C下在黑暗中孵育45分钟。 孵育后，加入150μL适当的缓冲液，并在4°C下以350× g 离心悬浮液5分钟。
3. 吸出上清液，将细胞重悬于200μL染色缓冲液中，然后在4°C下以300× g 离心5分钟。 将细胞吸出并重悬于200μL染色缓冲液中，用于流式细胞术分析。

6） 流式细胞仪和补偿设置

1. 在运行样品之前，如果使用基于磁珠的补偿而不是基于细胞的补偿，请立即准备补偿磁珠（参见 材料表）。
   1. 标记每种荧光染料偶联抗体的单独微量离心管，并向每个试管中加入 100 μL 1x PBS，然后加入一整滴抗小鼠阴性对照补偿珠和一滴阳性对照补偿珠。将 1 μL 适当的抗体添加到每个单独的试管中。在采集前涡旋并孵育5分钟。
      注意:由于某些染料（如 BUV737）无法与磁珠结合，因此请使用基于细胞的对照。
2. 在每次实验之前，通过使用示踪微球运行流式细胞仪设置来校准流式细胞仪，并保持每个实验的流式细胞仪设置。
3. 在分析样品之前，通过运行未染色的样品来调整流式细胞仪，以调整侧向散射 （SSC） 与前向散射 （FSC） 图上的细胞群，使细胞群落在图的中心并且不会超出规模。
4. 短暂运行染色样品以调整FSC和SSC以及每个通道的电压，以确保没有事件超出每个通道的对数刻度。记录每个补偿对照的 5,000 个事件，然后对阳性和阴性群体进行门控。计算补偿矩阵，然后运行样本，为感兴趣的群体收集至少 1,000 个事件。
   注意:应验证较大颜色面板上的补偿，因为自动补偿容易出现补偿过高或不足的情况。每个参数都应与所有其他参数进行对比，以监测过度补偿或补偿不足的迹象，并应评估每个单色对照。较大颜色实验的复杂补偿应在合作者或具有丰富流式细胞术经验的核心设施的协助下进行。新型流式细胞仪（如光谱流式细胞仪）通过称为光谱分离的过程利用荧光团的全光谱，与单独的标准补偿相比，可以更清晰地区分荧光重叠²²。

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结果

用于免疫分析的流式细胞术panel的开发过程通常依赖于将结果与现有数据和现场文献进行比较。了解群体在流式细胞术中的呈现方式对于正确解释数据至关重要。无论如何，群体和细胞类型在不同的组织中可能以不同的方式出现，因此可以预料到会有一些变异性。在明确定义的对照组织的背景下，可以针对具有充分研究的细胞类型的已知组织评估这种染色优化。

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讨论

本综述描述了一种从生物材料植入物中分离细胞以获得均匀细胞悬液的详细方法。此外，还提供了用于多色流式细胞术的细胞悬液染色的详细方案，以及配置流式细胞仪以获得最佳结果的步骤。细胞分离方法可能涉及多个步骤，通常利用手动组织解剖，然后用蛋白水解酶进行酶消化，以解离组织中的细胞外基质并破坏细胞-细胞连接，从而将单个细胞从组织中释放出来。消化后，需要进一步处理，...

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材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
50 mL conical tubes	Fisher Scientific	14-432-22
6 Well Plate	Fisher Scientific	07-000-646
BD Brilliant Stain Buffer Plus	BD Biosciences	566385
BD Cytofix	BD Biosciences	554655	For only fixing cells
Bovine serum albumin	Millipore Sigma	A7906	For preparing FACS staining buffer
CD11b AF700	Biolegend	101222	Clone: M1/70
CD11c PerCP/Cy5.5	Biolegend	117325	Clone: N418
CD197 PE/Dazzle594	Biolegend	120121	Clone: 4B12
CD200R3 APC	Biolegend	142207	Clone: Ba13
CD206 PE	Biolegend	141705	Clone: C068C2
CD45 BUV737	BD Biosciences	612778	Clone: 104/A20
CD86 BUV395	BD Biosciences	564199	Clone: GL1
CD8a BV421	Biolegend	100737	Clone: 53-6.7
Comp Bead anti-mouse	BD Biosciences	552843	For compensation control
DNase I	Millipore Sigma	11284932001	Bovine pancreatic deoxyribonuclease I (DNase I)
F4/80 PE/Cy7	Biolegend	123113	Clone: BM8
Fc Block	Biolegend	101301	Clone: 93
Fixation/Permeabilization Solution Kit	BD Biosciences	554714	For fixing and permeabilization of cells.
HEPES buffer	Thermo Fisher	15630080	Buffer to supplement cell media
Liberase	Millipore Sigma	5401127001	Blend of purified Collagenase I and Collagenase II
LIVE/DEAD Fixable Blue Dead Cell Stain Kit	Thermo Fisher	L23105	Viability dye
Ly6c AF488	Biolegend	128015	Clone: HK1.4
Ly6g BV510	Biolegend	127633	Clone: 1A8
MHCII BV786	BD Biosciences	742894	Clone: M5/114.15.2
Phosphate buffer saline	Thermo Fisher	D8537
RPMI	Thermo Fisher	11875176	Cell culture media
Siglec F BV605	BD Biosciences	740388	Clone: E50-2440
V-bottom 96-well plate