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Method Article
La evaluación de las propiedades fagocíticas de la microglía y los macrófagos cerebrales puede proporcionar una valiosa dimensión funcional a los estudios de perfiles moleculares. Describimos un protocolo validado que utiliza la citometría de flujo para cuantificar de forma rápida y fiable la fagocitosis de microesferas fluorescentes y fibrillas de beta amiloide mediante microglía y macrófagos cerebrales aislados agudamente a partir de modelos de ratón.
Los macrófagos infiltrantes de la microglía y el sistema nervioso central (SNC), llamados colectivamente fagocitos mononucleares del SNC (CNS-MP), desempeñan un papel central en las enfermedades neurológicas, como la neurodegeneración y el accidente cerebrovascular. Los SNC-MP están implicados en la eliminación fagocítica de proteínas patológicas, desechos y sinapsis neuronales, cada una con distintas vías moleculares subyacentes. La caracterización de estas propiedades fagocíticas puede proporcionar una lectura funcional que complementa el perfil molecular de la microglía utilizando enfoques tradicionales de citometría de flujo, transcriptómica y proteómica. El perfil fagocítico de la microglía se ha basado en la visualización microscópica y en cultivos in vitro de la microglía neonatal de ratón. El primer enfoque adolece de un muestreo limitado, mientras que el segundo es inherentemente pobremente reflexivo del verdadero estado in vivo de los SNC-MP adultos. En este artículo se describen los protocolos optimizados para las propiedades fagocíticas del fenotipo de los SNC-MP de ratón aislados de forma aguda mediante citometría de flujo. Los SNC-MP se aíslan de forma aguda del cerebro de un ratón adulto mediante disociación mecánica seguida de centrifugación en gradiente de densidad, se incuban con microesferas fluorescentes o fibrillas fluorescentes de Aβ, se lavan y luego se marcan con paneles de anticuerpos contra marcadores de superficie (CD11b, CD45). Con este enfoque, es posible comparar las propiedades fagocíticas de la microglía residente en el cerebro con los macrófagos infiltrantes del SNC y luego evaluar el efecto del envejecimiento y la patología de la enfermedad en estos fenotipos fagocíticos. Este método rápido también tiene potencial para el fenotipo funcional de SNC-MP humanos aislados de forma aguda a partir de muestras de cerebro post-mortem o quirúrgicas. Además, se pueden investigar mecanismos específicos de fagocitosis por subconjuntos de SNC-MP mediante la inhibición de vías fagocíticas seleccionadas.
Las células inmunitarias innatas del sistema nervioso central (SNC) están compuestas predominantemente por microglía y monocitos/macrófagos infiltrantes, denominados juntos fagocitos mononucleares del SNC (SNC-MP)1. Los SNC-MP están implicados en enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer (EA), los trastornos neuroinflamatorios y el accidente cerebrovascular 2,3,4. Las MP-SNC, junto con los astrocitos, pericitos y células ependimarias, tienen funciones fagocíticas 5,6. En su estado homeostático, los SNC-MP están involucrados en la vigilancia constante del microambiente local, junto con la eliminación fagocítica de restos de células apoptóticas y proteínas, y la poda sináptica para remodelar las conexiones neuronales 7,8,9,10. En enfermedades neurodegenerativas como la EA, los SNC-MP adoptan distintos fenotipos moleculares y funcionales asociados a la enfermedad que pueden desempeñar funciones patológicas, como la eliminación de los elementos beta-amiloide (Aβ) y neuronales agregados, así como la liberación de citocinas y factores inflamatorios, lo que da lugar a complejas funciones proinflamatorias, perjudiciales y antiinflamatorias y protectoras 11,12,13,14. La fagocitosis de macropartículas, restos celulares, proteínas y otras partículas infecciosas por SNC-MP está mediada por distintos receptores expresados en su superficie9. La interrupción de estas vías fagocíticas puede conducir a un aclaramiento defectuoso y a una acumulación progresiva de Aβ que, en última instancia, conduce a un daño neuronal progresivo en la EA 4,9. Si bien los avances en el perfil molecular de los SNC-MP utilizando enfoques transcriptómicos y proteómicos han proporcionado información invaluable sobre la heterogeneidad molecular dentro de los SNC-MP en enfermedades neurológicas15,16, actualmente se carece de una caracterización funcional de las propiedades fagocíticas de los SN-MP y sus subconjuntos. La caracterización funcional de las propiedades fagocíticas de los SNC-MP puede complementar las estrategias de perfil molecular, facilitar un mejor fenotipado funcional y ayudar a evaluar la eficacia de las terapias que pueden rectificar la fagocitosis defectuosa en modelos de enfermedad17.
Los ensayos tradicionales de fagocitosis para SNC-MP incluyen la incubación de microglía primaria junto con sustratos fluorescentes como Aβ o partículas de látex/poliestireno. A continuación, se estudia la fagocitosis en función de la captación del sustrato fluorescente mediante microscopía de inmunofluorescencia 18,19,20. Está bien establecido que los SNC-MP, cuando se mantienen en cultivos largos, pueden cambiar drásticamente su morfología y perfiles transcripcionales 21,22. Esto dificulta el estudio de las propiedades fagocíticas de los SNC-MP en su estado representativo en el SNC. Un ensayo de citometría de flujo funcional para perfilar SNC-MP vivos aislados agudamente puede proporcionar una evaluación rápida de las propiedades fagocíticas y puede muestrear un grupo mucho mayor de SNC-MP que los enfoques de microscopía 9,23. Además, la citometría de flujo elimina la necesidad de mantener los SNC-MP en cultivo y proporciona una plataforma para estudiar las propiedades fagocitóticas en diferentes subpoblaciones de SNC-MPs. Este manuscrito describe protocolos optimizados para las propiedades fagocíticas del fenotipo de SNC-MP de ratón aislados agudamente mediante citometría de flujo. La adaptación de los ensayos de fagocitosis mediante citometría de flujo permite una rápida multiplexación del fenotipo fagocítico de los SNC-MP junto con el fenotipado inmunitario, lo que proporciona información sobre la heterogeneidad de las propiedades fagocíticas dentro de los SNC-MP a la resolución de una sola célula.
Todos los estudios con ratones se llevaron a cabo después de obtener la aprobación del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Emory, y en estricta conformidad con la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio de los Institutos Nacionales de Salud.
1. Preparación el día del aislamiento
2. Aislamiento agudo de la microglía de ratón adulto
3. Configuración de fagocitosis y tinción por citometría de flujo
4. Citometría de flujo y análisis
Para ejemplificar los resultados típicos de la absorción fagocítica de microesferas y fibrillas Aβ42 por SNC-MP agudamente aisladas, se obtuvieron SNC-MP agudamente aisladas del hemisferio ipsilateral después de una oclusión arterial cerebral media transitoria (OCM)8. Para obtener detalles sobre las propiedades fagocíticas de los SNC-MP en el modelo MCAO, consulte las publicaciones anteriores8. Brevemente, después de una recuperaci?...
La citometría de flujo es una técnica que puede detectar la expresión de proteínas o marcadores de interés en la superficie celular o en compartimentos intracelulares utilizando sondas marcadas con fluorescencia (generalmente anticuerpos) para marcar estos marcadores de interés. Los anticuerpos intracelulares o de superficie celular generalmente se conjugan con fluorocromos excitables por láser que tienen espectros de emisión únicos. Las células incubadas con estos anticuerpos ...
Los autores no tienen nada que revelar.
El estudio fue respaldado por los premios de los NIH al Dr. Rangaraju (NINDS K08 NS099474-1 y R01 NS114130-01A1) y al Dr. Rayaprolu (NIA F32AG064862). Este estudio fue apoyado en parte por el Emory Flow Cytometry Core (EFCC), una de las Instalaciones Integradas del Emory Core (EICF) y está subvencionado por la Facultad de Medicina de la Universidad de Emory. La Alianza de Ciencias Clínicas y Traslacionales de Georgia de los NIH (UL1TR002378, por sus siglas en inglés) proporcionó apoyo adicional. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no refleja necesariamente las opiniones oficiales de los NIH.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10x Hank's balanced salt solution(10x HBSS) | ThermoFisher | 14065056 | Store at 4 °C. Used to make SIP as described in the protocol |
1x Hank's balanced salt solution(1x HBSS) | ThermoFisher | 14175095 | Store at 4 °C. Used to make 35% SIP as described in the protocol |
1x Phosphate Buffered Saline (PBS) | https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/protocols/biology/western-blotting/buffers-recipes/10x-phosphate-buffered-saline.html Store 10xPBS at Room temperature. Prepare fresh 1xPBS by diluting one part 10xPBS to nine parts of MilliQ dH20 and store it at 4 °C for an hour before use. Make sure the pH of the 1xPBS is 7.0 before refridgeration. | ||
35% SIP | To make 20 mL of 35% SIP, use 7 mL of SIP and 13 mL of ice-cold 1× HBSS. Keep on ice until further processing | ||
APC-Cy7 rat anti-CD11b | BD Pharmingen | 557657 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
FITC rat anti mouse CD145 | BD Pharmingen | 553080 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
LIVE/DEAD Fixable Blue Dead Cell Stain Kit | ThermoFisher | L34961 | Store at -20 °C. Add 50ul of DMSO to one tube of the dye, vortex throughly and centrifuge at maximun speed for 1 min. Make 10µL aliquots and store them at -20 °C. Use a fresh aliquot for each experiment and add to the samples at 1:500 dilution. |
OneComp eBeads compensation beads | ThermoFisher | 01-1111-42 | Store at 4 °C, throughly vortex the tube before adding to the sample tube(s), keep on ice when in use. |
PE-Cy7 rat anti mouse CD145 | BD Pharmingen | 552848 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. Sheild from light. Flow cytometry dilution - 1:100 |
Percoll pH8.5-9.5 | Sigma | P1644 | Store at 4 °C. To make 10 mL of Standard Isotonic Percoll (SIP): Use 9 mL of cold Percoll and 1 mL of cold 10× HBSS. |
Phycoerythrin-conjugated microspheres | ThermoFisher | F13083 | Store at 4 °C or keep on ice when in use. |
β-Amyloid (1 - 42), HiLyte Fluor 488 - labeled, Human | AnaSpec | AS-60479-01 | The final concentration of Ab fibrils is 200µM which is then diluted prior to use. Store at -20 °C. Prepare fresh working solution for each experiment. |
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