Summary

Aislamiento, caracterización y purificación de los macrófagos de los tejidos afectados por la inflamación relacionados con la obesidad

Published: April 03, 2017
doi:

Summary

Este protocolo permite un investigador aislar y caracterizar tejido residente macrófagos en varios sello inflamado los tejidos extraídos de modelos inducida por la dieta de los trastornos metabólicos.

Abstract

La obesidad promueve un estado inflamatorio crónico que es en gran parte mediado por los macrófagos residentes de tejido como macrófagos derivados de monocitos. Obesidad inducida por dieta (DIO) es un modelo valioso en el estudio del papel de la heterogeneidad del macrófago; sin embargo, aislamientos adecuados macrófago son difíciles de adquirir los tejidos inflamados. En este protocolo, describiremos los pasos de aislamiento y pautas necesarias de solución de problemas derivadas de nuestros estudios para la obtención de una adecuada población de macrófagos residentes de tejido de los ratones tras 18 semanas de alto contenido de grasa (HFD) o () alta-grasa/colesterol Intervención de la dieta HFHCD). Este protocolo se centra en tres tejidos de sello estudiados en obesidad y aterosclerosis, incluyendo la aorta, el hígado y tejido adiposo blanco (WAT). Destacamos cómo dualista uso del flujo cytometry puede alcanzar una nueva dimensión de aislamiento y caracterización de los macrófagos residentes de tejido. Una parte fundamental de este protocolo aborda las complejidades subyacentes a digestiones enzimáticas específicas de tejido y macrófagos aislamiento y subsecuente anticuerpo de superficie de la célula de tinción para análisis cytometric del flujo. Este protocolo de direcciones existentes complejidades subyacentes célula fluorescente activada (FACS) de clasificación y presenta aclaraciones a estas complejidades con el fin de obtener la caracterización amplia gama de poblaciones celulares adecuadamente ordenados. Métodos de enriquecimiento alternativo se incluyen para la clasificación de las células, como el hígado denso, lo que permite flexibilidad y manejo de tiempos cuando se trabaja con FACS. En Resumen, este protocolo ayuda al investigador para evaluar la heterogeneidad de macrófago de una multitud de los tejidos inflamados en un determinado estudio y proporciona interesantes consejos para solucionar problemas que han tenido éxito para la caracterización y aislamiento celular favorable de células inmunes en la inflamación mediada por DIO.

Introduction

Modelos de ratón se han utilizado para estudiar la dinámica de enfermedades humanas. Correcto aislamiento de las células residentes del tejido de los ratones en un estado enfermo puede proporcionar una plataforma para la comprensión de las contribuciones moleculares y celulares en la patogenia de una enfermedad1. Un trastorno que es de vital importancia es la obesidad. La incidencia de la obesidad sigue aumentando en todo el mundo en paralelo con la resistencia a la insulina y tipo 2 mellitus de la diabetes, enfermedad cardiovascular y enfermedad del hígado graso2,3. Consumo excesivo de nutrientes es más sesgado por disminución de la actividad física provocando señales alteradas provenientes del tejido adiposo, que puede alterar el medio celular de otros tejidos periféricos como el hígado y aorta4. Tal interrupción de la homeostasis metabólica resulta en una inflamación sistémica crónica de bajo grado del5.

Activación clásica del residente a la aorta y el hígado, así como su contratación al tejido adiposo blanco (WAT) de macrófagos ha demostrado no sólo iniciar el dysregulation de señales metabólicas sino también sostener la inflamación6,7. La heterogeneidad fenotípica y funcional de los macrófagos está fuertemente asociada con la patogénesis de la obesidad relacionada con comorbilidades7. La plasticidad dinámica de polarización macrófagos permite para que estas células exhiben una variedad de fenotipos activados que coordinan la progresión y resolución de8de la inflamación. Mientras que clásico activados macrófagos (M1) están implicados en la propagación de la inflamación, macrófagos alternativamente activados (M2) se han asociado con resolución y el tejido de reparación9,10.

Como el cuerpo somete a estrés metabólico, tejido adiposo blanco se acumula anormalmente. El tejido adiposo ampliado atrae y retiene las células inflamatorias que alteran profundamente la función del adipocito normal para promover la resistencia a la insulina, hiperglucemia y diabetes mellitus tipo 2 en última instancia, resistencia a la insulina o hiperglucemia11, 12. En paralelo, remodelaciones de tejido adiposo blanco en respuesta a señales inflamatorias por infiltran clásico activado macrófagos (cajeros automáticos) de tejido adiposo (M1) de13,14. Este órgano multicelular ejerce una cascada de señales que hace descarrilar la función normal de otros órganos del cuerpo tales como la aorta y el hígado4.

El hígado es una potencia metabólica que se adapta en respuesta a estímulos procedentes de cerca dysregulated WAT15. Macrófagos hepáticos o células de Kupffer, en respuesta a cambios metabólicos, secretan citoquinas inflamatorias que transforman tanto parénquima y fenotipo de la célula no parenquimales y promoción la remodelación tisular. Acumulación de lípidos hepáticos, inflamación, depósitos de matriz extracelular excesivo, necrosis y función eventual pérdida sigue los insultos inflamatorios contribuyendo a la amplia gama de daño hepático asociados con enfermedad del hígado graso no alcohólico 1617,de,18.

En paralelo a WAT comprometido y función hepática, arterias grandes acumulan lípidos dentro de la pared arterial como el cuerpo somete a estrés metabólico crónico19. Acumulación lipídica arterial desencadena la secreción de quimioquinas por las células endoteliales activadas y posterior reclutamiento de monocitos20. Una vez reclutados, monocitos proliferan, diferencian, ingieren las lipoproteínas y se convierten en células espumosas. Aterogénesis es iniciada y sostenida por la actividad proinflamatoria de reclutados y macrófagos cargados de lípidos residente de tejido. Sucumbir a las señales de estrés extracelular e intracelular transmitidas en este microambiente aterogénico, estos macrófagos participan luego en una cascada de señalización de apoptosis. Como estas células espumosas mueren, contribuyen a su contenido de lípidos que llena a la base necrótica de la lesión, que entonces conduce a ruptura de placa, infarto de miocardio y accidente cerebrovascular.

Colectivamente, la heterogeneidad de los fenotipos de macrófagos organiza en parte la obesidad inducida por cambios inflamatorios en los tejidos normales como WAT, hígado y aorta8,21. Caracterización de reclutados y macrófagos residentes pueden proporcionar la penetración en posibles dianas moleculares que manipulan macrófago fenotipo1. Para caracterizar eficazmente los macrófagos de los tejidos inflamados inducida por la obesidad, una suspensión unicelular se puede obtener a través de la digestión enzimática. Tales protocolos de disociación deben ser eficaces en degradar suficientemente tejido conectivo mientras que minimiza la muerte celular inmune y proporciona rendimiento óptimo de la célula. La mezcla de la enzima es dependiente en el tipo de tejido y su maquillaje estructural. Tejidos resistentes como la aorta requiere mayor actividad enzimática, en comparación con el hígado y el WAT, para lograr la disociación del tejido. De la suspensión de la célula, macrófagos residentes pueden ser inequívocamente caracterizados o aislados para mayores análisis aguas abajo como perfilamiento transcripcional.

Aquí se describe un protocolo específico de tejido que utiliza tejido dependiente de colagenasa digestión y citometría de flujo policromáticos efectivamente aislar y caracterizar macrófagos residentes de tejido obtenidos de la dieta tradicional inducida por obesidad, ateroesclerosis, esteatosis simple y esteatohepatitis modelos de ratón. Simultánea de marcadores de superficie celular con anticuerpos contra leucocitos (CD45 o CD11b) y macrófagos – antígenos específicos (F4/80) es de uso frecuente para identificar a las poblaciones de macrófagos22. Celular activado por fluorescencia (FACS) de clasificación es una estrategia poderosa que se utiliza para ordenar estas poblaciones identificadas en alta pureza. La población clasificada puede evaluarse entonces perfiles de gen específico fenotipo mediante análisis molecular aguas abajo (por ejemplo, reacción en cadena de polimerasa cuantitativo en tiempo real)23. Aunque citometría de flujo estándar y clasificación de celda basados en citometría de flujo son herramientas poderosas en la distinción de macrófagos dentro de una suspensión sumamente heterogéneos, los protocolos anteriores deben optimizarse para asegurar la salida exitosa. En este estudio, se describen los protocolos que efectivamente aislaran y caracterizan los macrófagos específicos de tejido viable; más importante aún, este estudio proporciona penetración crucial en cuestiones técnicas que a menudo se presentan, así como de estrategias proactivas y solución de problemas para evitar o resolver.

Protocol

Todos los protocolos experimentales (secciones 1, 1.2 y 1.3) fueron aprobados por el institucional Animal Care y el Comité uso (IACUC) Universidad Estatal de Pensilvania. Tejido Preparación de Buffers de disociación Volumen final Almacenamiento de información Tejido adiposo blanco (WAT) Almacenador intermediario d…

Representative Results

Cuando se utiliza la apolipoproteína E deficiente (KO ApoE) C57BL/6 (BL6) ratones mantenidas en una dieta de alta grasa colesterol alto (HCHFD o HCD) para 18 semanas, 1 x 104 – 2 x 104 CD45++ de F4/80 macrófagos aórticos pueden ser aislados cuando las dos muestras son agrupados. Hígado disecado de los ratones alimentados con HFHCD KO ApoE, produjo mayor que 5 x 105 clasificado las células de Kupffer (que depende del tiempo dispon…

Discussion

Modelos de trastorno metabólico inducido por la dieta que imitan comorbilidades tales como ateroesclerosis, esteatosis simple, esteatohepatitis y diabetes tipo 2 se utilizan extensivamente para entender mejor los mecanismos moleculares subyacentes de progresión de la enfermedad. Digestión depende de la colagenasa a menudo se utiliza para disociar los tejidos para liberar las células de la matriz extracelular (ECM)16,27. Enzimas como la colagenasa interrumpen …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Nos gustaría dar las gracias a las instalaciones centrales para citometría de flujo en el Pennsylvania estado Universidad Milenio ciencia compleja.

Materials

26G x 5/8 in Needles BD 305115
23G x 0.75 in needle x 12 in. tubing Blood Collection Set BD 367297 Used for cannulation of subhepatic IVC during liver perfusion
21G 1 1/2 in. Needles BD 305156
1mL syringe with rubber stops BD 309659
10mL Syringes BD 309604
1mL Syringe BD 309659
F4/80 PE Biolegend 123110
CD11c PE/Cy7 Biolegend 117318
CD11b PE/Cy5 eBioscience 15-0112-81
Anti-mouse CD16/32 Fc Block  Biolegend 101320
CD45 Pacific Blue Biolegend 103126
PE Rat IgG2a Biolegend 400508
PE/Cy7 Armenian Hamster IgG Biolegend 400922
PE/Cy5 Rat IgG2b Biolegend 400610
Pacific Blue Rat IgG2c Biolegend 400717
Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)  Cellgro 15-017-CV
1X Phosphate Buffered Saline (PBS) Cellgro 21-031-CV
70 micron cell strainers Corning, Inc. 352350
 1.7 mL microcentrifuge tube  Denville C2170
Paraformaldehyde Aqueous Solution -16X Electron Microscopy Sciences CAS #30525-89-4
Micro Dissecting Scissors, 3.5 inch, Straight, 23mm, Sharp  Stoelting 52132-10P Used for general dissecting purposes
Micro Forceps, 4in, full curve, 0.8mm Stoelting 52102-37P  Used for general dissecting purposes
Spring dissection scissors – 3 mm Cutting edge  Fine Science Tool 15000-10 Used for aorta dissection Steps 1.3.3.17 to 1.3.3.28
Curved 0.07 x 0.04 mm Tip Forceps  Fine Science Tool 11297-10 Used for aorta dissection Steps 1.3.3.17 to 1.3.3.28
Hemostatic Forceps (Curved) Fine Science Tool 13021-12
Heparin Sodium Salt Fischer Scientific 9041-08-1
35mm Cell Culture/Petri Dishes Fischer Scientific 12-565-90
Polystyrene Petri Dishes (10 cm) w/lid Fischer Scientific 08-757-100D
15mL Conical Centrifuge Tubes (Polypropylene) Fischer Scientific 14-959-53A
50mL Conical Centrifuge Tubes (Polypropylene) Fischer Scientific 14-432-22
5mL Round-Bottom Polystyrene Tubes  Fischer Scientific 14-959-5
Fetal Bovine Serum Gemini Bio-Products 100-106
Ethanol (Stock Ethyl Alcohol Denatured, Anyhydrous) Millipore EX0285-1
Bovine Serum Albumin Rockland BSA-50
HEPES Sigma-Aldrich H3375
Collagenase Type II Sigma-Aldrich C6885
Collagenasse Type XI Sigma-Aldrich C7657
Hyaluronidase Type I Sigma-Aldrich H3506
DNAse Sigma-Aldrich DN25
Collagenase Type I Sigma-Aldrich C0130
NaOH Sigma Aldrich 1310-73-2 
CaCl2 Sigma Aldrich 449709-10G
500mL beaker  Sigma Aldrich 02-540M
4 cm Hemostatic clamp Stoelting 52120-40
Toothed forceps Stoelting 52104-33P
50 micron Disposable filters Systemex 04-0042-2317
Collagenase Type IV ThermoFischer Scientific 17104019
Ammonium Chloride Potassium (ACK) ThermoFischer Scientific  A1049201
Razors (0.22 mm (0.009")) VWR International 55411-050
Texas Red Live/Dead stain Red viability stain (in Figure 1A)

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Allen, J. N., Dey, A., Nissly, R., Fraser, J., Yu, S., Balandaram, G., Peters, J. M., Hankey-Giblin, P. A. Isolation, Characterization, and Purification of Macrophages from Tissues Affected by Obesity-related Inflammation. J. Vis. Exp. (122), e55445, doi:10.3791/55445 (2017).

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