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Method Article
Este protocolo proporciona métodos detallados y completos para el aislamiento, cultivo, polarización y medición del estado metabólico glucolítico de macrófagos vivos derivados de la médula ósea (BMDM). Este documento proporciona instrucciones paso a paso con ilustraciones visuales realistas para el flujo de trabajo y la evaluación glucolítica de BMDM en tiempo real.
Los macrófagos se encuentran entre las células presentadoras de antígenos más importantes. Se han identificado muchos subconjuntos de macrófagos con firmas metabólicas únicas. Los macrófagos se clasifican comúnmente como subtipos M1 (inflamatorios) y M2 (antiinflamatorios). Los macrófagos tipo M1 son macrófagos proinflamatorios que son activados por LPS y/o citocinas proinflamatorias como INF-γ, IL-12 e IL-2. Los macrófagos polarizados tipo M1 están involucrados en varias enfermedades al mediar la defensa del huésped contra una variedad de bacterias y virus. Esto es muy importante para estudiar los macrófagos M1 inducidos por LPS y sus estados metabólicos en enfermedades inflamatorias. Los macrófagos similares a M2 se consideran macrófagos antiinflamatorios, activados por citocinas y estimuladores antiinflamatorios. Bajo el estado proinflamatorio, los macrófagos muestran un aumento de la glucólisis en la función glucolítica. La función glucolítica se ha investigado activamente en el contexto de la glucólisis, la capacidad glucolítica, la reserva glucolítica, la glucólisis compensatoria o la acidificación no glucolítica utilizando analizadores de flujo extracelular (XF).
Este artículo demuestra cómo evaluar los estados glucolíticos en tiempo real con pasos fáciles de seguir cuando los macrófagos derivados de la médula ósea (BMDM) están respirando, consumiendo y produciendo energía. Utilizando inhibidores y activadores específicos de la glucólisis en este protocolo, mostramos cómo obtener una visión sistémica y completa de los procesos metabólicos glucolíticos en las células y proporcionar resultados más precisos y realistas. Para poder medir múltiples fenotipos glucolíticos, proporcionamos un método de normalización fácil, sensible y basado en el ADN para la evaluación de la polarización de los BMDM. El cultivo, la activación/polarización y la identificación del fenotipo y el estado metabólico de los BMDM son técnicas cruciales que pueden ayudar a investigar muchos tipos diferentes de enfermedades.
En este trabajo, polarizamos los macrófagos M0 naïve a macrófagos similares a M1 y M2 con LPS e IL4, respectivamente, y medimos un conjunto completo de parámetros glucolíticos en BMDM en tiempo real y longitudinalmente a lo largo del tiempo, utilizando análisis de flujo extracelular y activadores e inhibidores glucolíticos.
Los macrófagos son una de las células más críticas del sistema inmunitario innato tipo M1. Están implicados en la eliminación de enfermedades infecciosas, fagocitosis, presentación de antígenos y regulación de la inflamación2. Además, se requiere que los macrófagos regulen otras células inmunitarias a través de varias citocinas que liberan3. Existe un amplio espectro en los fenotipos de macrófagos4. Dependiendo de las señales a las que están expuestos los macrófagos, se polarizan hacia diferentes estados inflamatorios ymetabólicos 5. Los macrófagos manifiestan alteraciones metabólicas en diversas enfermedades, dependiendo del tejido en el que residan los macrófagos6. Los macrófagos polarizados tienen la capacidad de reprogramar o cambiar su metabolismo glucolítico, metabolismo lipídico, metabolismo de aminoácidos y fosforilación oxidativa mitocondrial (OXPHOS)7,8. Los macrófagos tipo M1 activados clásicamente y los macrófagos similares a M2 alternativamente activados son los dos fenotipos de macrófagos más estudiados3. Los macrófagos inactivos no activados se denominan macrófagos M0. La polarización de los macrófagos M0 hacia un fenotipo similar a M1 puede inducirse mediante la estimulación de BMDMs ingenuos con lipopolisacárido bacteriano (LPS)9. La vía de señalización PI3K-AKT-mTOR-HIF1a puede activarse en macrófagos en presencia de citocinas inflamatorias, interferón-gamma (IFN γ) o factor de necrosis tumoral (TNF)10. Los macrófagos similares a M1 tienen niveles aumentados de metabolismo de glucólisis, niveles disminuidos de fosforilación oxidativa (OXPHOS), produciendo citocinas inflamatorias involucradas en enfermedades infecciosas e inflamatorias8. Por otro lado, la polarización hacia el fenotipo tipo M2 puede ser inducida por la interleucina (IL)-4, a través de las vías JAK-STAT, PPAR y AMPK, o por (IL)-13 y TGFβ pathays11,12.
A diferencia de los macrófagos M1, los macrófagos M2 tienen una glucólisis disminuida y un aumento de OXPHOS y están involucrados en actividades antiparasitarias y de reparación de tejidos 8,13. Los BMDM son un sistema ampliamente utilizado para el estudio de los macrófagos que se derivan de las células madre de la médula ósea. La glucólisis y el OXPHOS son las dos principales vías de producción de energía enlas células. En función de su microentorno, los BMDM pueden optar por utilizar cualquiera de estas vías; En algunos casos, cambie de uno a otro, o utilice ambas vías14. En este estudio, nos centramos en el metabolismo de la glucólisis en macrófagos proinflamatorios activados. Cuando la glucosa en el citoplasma se convierte en piruvato y luego en lactato, las células producen protones en el medio que causan una elevación en la tasa de acidificación en el medio rodeado de células similares a M15. Se utilizó un analizador de flujo extracelular para medir la tasa de acidificación de los medios celulares. Los resultados se informan como Tasa de Acidificación Extracelular (ECAR) o como Tasa de Eflujo de Protones.
Un método optimizado, rápido y fácil para acceder a los niveles de glucólisis en macrófagos polarizados es esencial para determinar el fenotipo glucolítico, los cambios en los metabolitos y los efectos de los inhibidores/activadores y fármacos en los macrófagos polarizados. El método descrito en este manuscrito ha sido optimizado para proporcionar información sobre factores específicos de glucólisis (glucólisis, capacidad glucolítica, reserva glucolítica y acidificación no glucolítica), así como la reprogramación metabólica del metabolismo glucolítico. El inhibidor (2DG) que se ha utilizado en este estudio se dirige explícitamente a la vía de la glucólisis.
Este protocolo optimizado ha sido modificado y mejorado en base a la combinación de un protocolo publicado16, el análisis de flujo extracelular de ensayos glucolíticos de las guías de usuario del fabricante y la comunicación directa con los científicos de investigación y desarrollo del fabricante.
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Los ratones fueron sacrificados humanamente de acuerdo con las pautas de la Evaluación y Acreditación del Cuidado de Animales de Laboratorio (AAALAC) y la Asociación Americana para la Ciencia de los Animales de Laboratorio (AALAS) y utilizando protocolos aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Texas A&M (IACUC).
1. Recolección de médula ósea de ratones y cultivo de BMDM
2. Exposición del fémur
NOTA: Realice los siguientes pasos en una cabina de bioseguridad.
3. Enjuague de tuétano
4. Lisis de glóbulos rojos
5. Enchapado y cultivo
6. Cosecha de platos
Figura 1: Flujo de trabajo gráfico del cultivo de médula ósea de ratón de macrófagos derivados de BM. (A) Extracción de piernas, exposición del fémur y lavado de la médula; b) lisis de glóbulos rojos; C) Enchapado y cultivo; (D) Recolección de células de las placas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
7. El día antes del ensayo del analizador de flujo metabólico: siembra y polarización de las células para la prueba glucolítica
Figura 2: Demostración gráfica de la siembra y polarización de las células. (A) Configuración del analizador de flujo extracelular e hidratación del cartucho; (B) Polarización de las células e incubación durante la noche. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
8. Día del ensayo: XF Preparación del medio y del compuesto
Culatas de inyección (proporcionadas en los kits) | Añadir Medios de ensayo completos (mL) | Concentración de stock final (μM) |
Glucosa | 3 | 100K |
Oligomicina | 0.72 | 100 |
2-DG | 3 | 100 mil |
Tabla 1. Culatas de inyección
Puertos en el cartucho | Soluciones de stock | Añadir volumen de stock | Adición de medios de ensayo | Concentración final de inyecciones (10x) | Agregue este volumen al puerto designado (μL) | Concentración final después de la inyección en cada pocillo |
Un | Glucosa (100 mM) | 3000 μL + 0 μL | 100 mM | 20 | 10 mM | |
B | Oligomicina (100 μM) | 300 μL + 2700 μL | 10 μM | 22 | 1,0 μM | |
C | Rotenona/Antimicina A (50 μM) | 300 μL + 2700 μL | 5 μM | 25 | 0,5 μM | |
D | 2-DG (500 mM) | 300 μL + 0 μL | 500 mM | 28 | 50 mM |
Tabla 2. Concentraciones finales de inyección
9. Día del ensayo: Realización de la prueba glucolítica aguda en macrófagos polarizados
Figura 3: Día del ensayo: preparación del medio y del compuesto y ejecución del ensayo. (A) Preparación de las células para el ensayo; (B) Preparación de compuestos, calibración y ejecución del ensayo; C) Normalización y análisis de datos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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La glucólisis y la fosforilación oxidativa mitocondrial son las dos principales vías de producción de ATP en las células (Figura 4A). Algunas células tienen la capacidad de cambiar entre estas dos vías para satisfacer sus demandas de energía. La conversión de glucosa en piruvato en el citoplasma se denomina glucólisis. El piruvato tiene dos destinos; se convertirá en lactato o se metabolizará aún más a través d...
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Como se mencionó anteriormente, la máquina analizadora de flujo extracelular puede proporcionar información en tiempo real sobre dos de las principales vías de producción de energía de las células mediante la medición de OCR (tasa de consumo de oxígeno), un indicador de la actividad mitocondrial de OXFOS, y ECAR (tasa de acidificación extracelular), que es un indicador de glucólisis. Los macrófagos pueden utilizar ambas vías, dependiendo de su microentorno. También pueden c...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos a la Sra. Joanna Rocha por su asistencia editorial. El trabajo fue parcialmente apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH, por sus siglas en inglés) R01DK118334 (a los Dres. Sun y Alaniz) y (NIH) R01A11064Z (a los Dres. Jayaraman y Alaniz).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
23G needles | VWR | BD305145 | |
2-mercaptoethanol | Life Technologies | 21985023 | |
50ml Conical Tube | VWR | 21008-951 | |
ACK lysis buffer | Thermo Fisher Scientific | A1049201 | It can be lab-made |
Agilent Seahorse XF glycolysis stress test kit | Agilent Technologies | 103020-100 | |
Agilent Seahorse XF Glycolysis Stress Test Kit User Guide | Agilent Technologies | 103020-400 | |
Agilent Seahorse XF Glycolytic Rate Assay Kit | Agilent Technologies | 103344-100 | |
Agilent Seahorse XF Glycolytic Rate Assay Kit User Guide | Agilent Technologies | 103344-100 | |
Alexa Fluor 488 anti-mouse CD206 (MMR) Antibody | BioLegend | 141710 | |
anti-mouse CD11b eFluor450 100ug | eBioscience | 48-0112-82 | |
BD 3ML - SYRINGE | VWR | BD309657 | Other syringes are acceptable too |
Cell counter-Vi-CELL- XR Complete System | BECKMAN COULTER Life Sciences | 731050 | Cells can be manually counted too |
Cell Strainer-70µm | VWR | 10199-656 | |
CyQUANT Cell Proliferation Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | C7026 | |
F4/80 monoclonal antibody (BM8) pe-Cyanine7 | eBioscience | 25-4801-82 | |
Fetal Bovine Serum | Life Technologies | 16000-044 | |
Flow cytometer: BD LSFRFortessa X-20 | BD | 656385 | |
Kim Wipes | VWR | 82003-822 | |
LPS-SM ultrapure (tlrl-smpls) 5 mg | Invivogen | tlrl-smlps | |
MCSF | Peprotech | 315-02 | |
Murine IL-4 | Peprotech | 214-14 | |
PE Rat Anti-Mouse CD38 | BD Biosciences | 553764 | |
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL) | Life Technologies | 15140122 | |
Petri Dish 100mm x 15 mm | Fisher Scientific | F80875712 | |
RPMI, Glutamax, HEPES | Invitrogen | 72400-120 | |
Seahorse Calibrant Solution | Agilent Technologies | 103059-000 | |
Seahorse XF 200mM Glutamine Solution | Agilent Technologies | 103579-100 | |
Seahorse XF Glycolytic Rate Assay Kit | Agilent Technologies | 103344-100 | |
Seahorse XFe96 FluxPaks | Agilent Technologies | 102416-100 | |
XF Glycolysis Stress Test Kit | Agilent Technologies | 103020-100 | |
XF RPMI Medium, pH 7.4 without phenol Red | Agilent Technologies | 103336-100 |
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