Здесь мы представляем оптимизированный протокол микроядерного анализа с блокированием цитокинеза на криоконсервированных образцах цельной крови. Этот оптимизированный метод криоконсервации цельной крови для анализа микроядер является надежным методом для крупномасштабных образцов и многоцентровых исследований, а также может быть использован для других анализов, связанных с кровью.
Анализ микроядер с блокированием цитокинеза in vitro (CBMN) является широко используемым методом в радиобиологических исследованиях, биологической дозиметрии, исследованиях генотоксичности и тестировании радиочувствительности in vitro . Этот цитогенетический метод основан на обнаружении микроядер в двуядерных клетках, возникающих в результате отстающих хромосомных фрагментов при клеточном делении. Свежие образцы цельной крови являются наиболее предпочтительным типом образцов для анализа CBMN. Однако к недостаткам работы со свежими образцами крови можно отнести немедленную обработку после забора крови и ограниченное количество повторных анализов, которые можно выполнить без дополнительного забора крови.
Поскольку потребность в свежих образцах крови может быть сложной с точки зрения логистики, анализ CBMN на криоконсервированных образцах цельной крови будет иметь большое преимущество, особенно в крупномасштабных исследованиях пациентов. В данной статье описывается протокол замораживания образцов цельной крови и проведения анализа CBMN на этих замороженных образцах крови. Образцы крови здоровых добровольцев замораживали и размораживали в разные моменты времени, а затем подвергали модифицированному протоколу анализа микроядер. Результаты показывают, что эта оптимизированная процедура позволяет проводить анализ CBMN на замороженных образцах крови. Описанный протокол криоконсервации также может быть очень полезен для других цитогенетических анализов и различных функциональных анализов, требующих пролиферирующих лимфоцитов.
С момента своего открытия использование ионизирующего излучения (ИК) было предметом споров среди исследователей из-за его неблагоприятного воздействия на живые существа. Пагубный эффект обычно проявляется повреждением ДНК, таким как двухцепочечные разрывы (DSB), и неспособность восстановить эти DSB приводит к хромосомным аберрациям и мутациям, которые являются важными отличительными признаками рака 1,2. Такие хромосомные аберрации могут быть изучены с помощью цитогенных анализов, таких как анализ микроядер с блокированием цитокинеза (CBMN). Микроядра представляют собой отстающие хромосомные фрагменты, которые не могут быть включены в дочерние ядра и, следовательно, остаются во время митоза.
CBMN является широко используемым надежным цитогенетическим методом для оценки хромосомных повреждений у лиц, подвергшихся воздействию ионизирующего излучения in vivo или in vitro. В анализе CBMN можно использовать как свежую цельную кровь, так и изолированные мононуклеарные клетки периферической крови (PBMC). Свежая цельная кровь в основном является биологическим материалом выбора, поскольку выделение и обработка МПК может занимать много времени и сопровождается потерей сывороточной плазмы, которая действует как поддерживающая среда для выживания и роста клеток. Для достижения хорошего выхода двуядерных клеток свежая цельная кровь должна быть обработана сразу после сбора. Тем не менее, необходимость немедленной обработки может быть сложной с точки зрения логистики в условиях нехватки времени. Более того, когда предполагается, что большое количество образцов будет получено в течение длительного периода времени или собрано в пунктах, удаленных от центров обработки, хранение свежих образцов крови может быть ограничивающим фактором 3,4.
Кроме того, для повторного анализа МН у одного и того же человека/пациента было бы полезно замораживание образцов крови. Одним из способов хранения лимфоцитов для последующего применения анализа CBMN является замораживание изолированных PBMC 5,6. Однако этот метод требует нескольких этапов обработки, прежде чем PBMC можно будет заморозить. Таким образом, криоконсервация цельной крови представляет собой простую и эффективную по времени альтернативу криоконсервации изолированных ПБМК. Имеется мало информации об использовании замороженной цельной крови для цитогенетических анализов или анализов, требующих пролиферации лимфоцитов. Только в одной статье сообщается об использовании криоконсервированной цельной крови для метафазного анализа7.
Поскольку криоконсервация цельной крови дает много преимуществ в области биомониторинга, биодозиметрии и оценки радиочувствительности, наша группа оптимизировала протокол криоконсервации цельной крови, который позволяет применять анализ CBMN8. Мы продемонстрировали, что лимфоциты, присутствующие в криоконсервированных культурах цельной крови, сохраняют свою геномную целостность и способность к пролиферации в течение не менее 1 года. В данной методической работе мы подробно описываем процедуру криоконсервации и протокол анализа CBMN, который был оптимизирован Beyls et al.8, а также сообщаем о результатах, полученных для замороженных образцов крови 30 здоровых людей. Для анализа CBMN культуры крови облучали in vitro дозами 0,5, 1 и 2 Гр для оценки ответа МН в лимфоцитах криоконсервированных образцов цельной крови.
Для этого исследования образцы крови были собраны методом венепункции у 30 здоровых доноров в возрасте от 17 до 65 лет. Данные МН от 20 доноров были повторно использованы из статьи Beyls et al.8 Сбор образцов крови осуществляется в соответствии с рекомендациями Комитета по этике Университетской больницы Гента (регистрационный номер: 2019/1565), Бельгия. От всех участников было получено письменное информированное согласие. Смотрите Таблицу материалов для получения подробной информации, связанной со всеми материалами и реагентами, используемыми в этом протоколе.
1. Забор образцов крови
2. Криоконсервация цельной крови
ПРИМЕЧАНИЕ: Все этапы до забора клеток выполняются асептически в стерильном ламинарном потоке воздуха.
3. Размораживание криоконсервированной крови
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы ограничить общее время процесса размораживания, одновременно следует обрабатывать не более 8 криовиалов (по 2 мл каждый).
Рисунок 1: Предлагаемая схема 24-луночного планшета для культивирования цельной крови для анализа микроядер. Разметьте лунки и укажите коды доноров в соответствующих местах на крышке. Для каждого образца пациента дубликаты лунок должны быть примыкать друг к другу. Обратите внимание, что это наводящая на размышления компоновка для коллиматора 10 x 10 и может быть изменена в зависимости от размера коллиматора или образцов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
4. Проба G0 MN
5. Окрашивание акридиновым оранжевым (АО)
6. Подрезка окрашенных предметных стекол
Чтобы проверить воспроизводимость протокола, мы провели МН-анализ на криоконсервированных образцах крови 30 здоровых добровольцев в возрасте от 17 до 65 лет. Средний возраст группы – 35 лет. Срок криоконсервации составлял от 1 недели до 154 недель. После облучения культуры клеток цельной крови различными дозами облучения (0,5, 1 и 2 Гр) под микроскопом исследовали выход микроядер в 1000 BN-клеток. Красиво округлые двуядерные клетки (как видно на рисунке 2) указывают на успешное извлечение здоровых жизнеспособных клеток из криоконсервированных образцов цельной крови. Следует отметить, что радиационная реакция лимфоцитов оставалась стабильной после длительного хранения при сверхнизких температурах (жидкий азот). Это наблюдение согласуется с реакцией, ожидаемой от свежих образцов крови.
Рисунок 2: Микроядра, наблюдаемые в двуядерных клетках, извлеченных из замороженного образца цельной крови, который был криоконсервирован 1 год назад. (A) Увеличение 200x, (B) Увеличение 400x; Стрелки, указывающие на MN. Масштабная линейка = 50 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
При увеличении доз облучения (0,5, 1 и 2 Гр) наблюдалось линейно-квадратичное увеличение выхода микроядер (табл. 1 и рис. 3). Выходы МН в фиктивных облученных контрольных образцах (0 Гр) представляют собой фоновые выходы МН, которые в основном являются результатом запаздывающих хромосом.
Доза (Гр) | 0 | 0.5 | 1 | 2 |
Средний | 18 | 107 | 247 | 601 |
СД | 10.8 | 23.9 | 53.3 | 101.1 |
Резюме (%) | 59.9 | 22.3 | 21.6 | 16.8 |
Диапазон | 5-41 | 62-140 | 139-324 | 395-755 |
Таблица 1: Диапазон и коэффициент вариации наряду со средним выходом МН, наблюдаемые в криоконсервированных образцах цельной крови 30 здоровых доноров, что свидетельствует о межиндивидуальной вариабельности. Сокращения: CV = коэффициент вариации; SD = стандартное отклонение.
Рисунок 3: Выход микроядер, наблюдаемый в контрольных и облученных криоконсервированных образцах цельной крови 30 доноров. Сроки криоконсервации составляли от 1 недели до 154 недель. Точечная диаграмма показывает отдельные значения. Линии в кластерах представляют среднее ± SD группы. Аббревиатуры: MN = микроядра; BN = двуядерный. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.
Для исследования межиндивидуальной изменчивости выхода МН лиц был рассчитан коэффициент вариации (CV) (см. табл. 1). Для радиационно-индуцированной МН получен CV < 25% для всех доз (0,5, 1 и 2 Гр), что свидетельствует о хорошей воспроизводимости модифицированного протокола.
Модифицированный протокол применения анализа CBMN является относительно простым и удобным способом хранения образцов крови в больших количествах. Процедура описывает все мельчайшие, но важные детали, которые необходимо учесть во время криоконсервации и анализа CBMN. Другие лабораторные протоколы обычно используют 10% ДМСО в замораживающей смеси, в то время как наша замораживающая смесь содержит 20% ДМСО вместе с 80% FCS7. Поскольку эта замораживающая смесь добавляется в равных объемах к образцу цельной крови, конечная концентрация также составляет 10% ДМСО. Для повышения выживаемости клеток и стимуляции клеточного деления в полную питательную среду (cRPMI) добавляем 1% пирувата натрия и 0,1% бета-меркаптоэтанола. Это соответствует протоколу культивирования клеток, установленному нашей исследовательской группой 6,8.
Несмотря на то, что проблема слипания клеток при оттаивании не может быть полностью решена в этом протоколе, клеточная сегрегация была лучше, чем в других традиционных протоколах. Вместо последовательного, резкого добавления питательных сред для восстановления клеток после размораживания, мы получили лучшие результаты при добавлении предварительно подогретого PBS (37 °C) по каплям на этапах промывки. Это улучшение помогает уменьшить клеточный стресс и сводит к минимуму образование комков с доказанным высоким восстановлением клеток. Кроме того, не было выявлено четкой разницы в жизнеспособности клеток при использовании PBS вместо RPMI. Группа подтвердила, что продолжительность периода криоконсервации (до 1 года) не повлияет на выход МН, как в облученных, так и в необлученных образцах 6,8. Исследования показывают, что хорошая жизнеспособность клеток и пролиферация ПБМК могут быть достигнуты при постепенном замораживании при низких температурах (жидкий азот) с последующим постепенным добавлением предварительно подогретой среды при оттаивании10,11. Исследователи показали, что субпопуляции Т-лимфоцитов в размороженной цельной крови сопоставимы с теми, которые наблюдаются в размороженных PBMC12. Кроме того, доказано, что подтипы клеток, извлеченных из криоконсервированных образцов цельной крови, аналогичны тем, которые наблюдаются в свежих образцах цельной крови13,14.
Если мы рассмотрим ориентировочные результаты, полученные в отчете, то увидим, что линейное квадратичное увеличение дозы (рис. 3) согласуется с другими литературными сообщениями по микроядрам, индуцированным линейным переносом энергии (ЛПЭ)15,16. Вариабельность выхода МН, наблюдаемая в криоконсервированных образцах цельной крови (табл. 1), находится в диапазоне от таковой, зарегистрированной для свежих культур цельной крови 8,17,18. Протокол, подробно описанный здесь, был валидирован на свежей и криоконсервированной цельной крови 20 здоровых добровольцев8. Индекс ядерного деления (NDI), который является важным параметром пролиферации клеток, наблюдаемый в этом отчете8, согласуется с индексом, предложенным для свежей цельной крови19,20. В совокупности этот оптимизированный протокол криоконсервации цельной крови и модифицированный микроядерный анализ обеспечивают лучший выход клеток, и, следовательно, рекомендуется адаптировать этот протокол для оценки радиочувствительности. Поскольку воспроизводимость протокола уже подтверждена8, предполагается, что он применим в крупномасштабных и многоцентровых исследованиях.
У авторов нет конфликта интересов, о котором можно было бы заявлять.
Авторы выражают благодарность за техническую поддержку Л. Питерсу, Т. Тирону и Г. Де Смету. Мы благодарны всем добровольцам, которые сдали кровь для исследования. Работа была финансово поддержана Исследовательским фондом Фландрии (FWO) под руководством Гранта (T000118N).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
15 mL centrifuge tubes | Greiner | 188271 | |
24-well cell suspension plate | VWR | 734-2779 | |
96% alcohol | ChemLab | CL00.1807.2500 | |
Acetic acid | Merck life science | 8,18,75,52,500 | |
Acridine orange | Merck life science | 235474-5g | |
CaCl2 | Merck life science | C5670-100g | |
cover slips | VWR | 631-1365 | 22 x 50 |
Cryobox (Mr.Frosty) | Nalgene, Sigma Aldrich | ||
Cryovials 2ml | Novolab | A04573 | |
Cytochalsin B | Merck life science | C6762-10 | 10 mg |
Dimethyl sulphoxide (DMSO) | Merck life science | D4540-500ml | |
Fetal calf serum (FCS) | Thermo Fischer scientific | 10270-106 | |
Fixative 1 | Methanol/acetic acid/ringer in a ratio of 4:1:5 | ||
Fixative 2 | Methanol/acetic acid in a ratio of 4:1 | ||
GURR buffer | Thermo Fischer scientific | 10582013 | phosphate buffer (pH 6.8) |
KCl | Merck life science | 1,04,93,60,250 | 75 mM |
KH2PO4 | Merck life science | 1,04,87,30,250 | |
Li-heparin tubes | BD Life sciences | 367526-LH170 I.U. | BD Vacutainer |
Methanol | fisher scinetific | M/4000/17 | |
Na2HPO2 | Merck life science | 10,65,80,500 | |
NaCl | Merck life science | S7653-1kg | |
Object slides | VWR | MENZAA00000112E04 | |
Penicillin/Streptomycin | Thermo Fischer scientific | 15140-122 | 10,000 U/mL + 10,000 µg/mL |
Phytohemagglutinin (PHA-M) | Thermo Fischer scientific | 10576-015 | |
Ringer solution | contains NaCl, KCl, CaCl2 dissolved in distilled water | ||
RPMI-1640 | Thermo Fischer scientific | 52400041 | |
Silicon rubber adhesive sealent | collall | CF-100 | |
Sodium pyruvate | Thermo Fischer scientific | 11360039 | |
Sterile warm PBS (37 °C) | contains NaCl, Na2HPO2, KH2PO4 dissolved in distilled water | ||
β-mercaptoethanol | Thermo Fischer scientific | 31350-010 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved