Summary

Livre de rótulo neutrófilo enriquecimento de secreção do paciente-derivado das vias aéreas usando microfluídica inercial de circuito fechado

Published: June 07, 2018
doi:

Summary

Nesta pesquisa, vamos demonstrar um método de separação de neutrófilos rótulo livre de secreções clínico das vias aéreas utilizando a operação de circuito fechado de microfluídica inercial espiral. O método proposto poderia expandir os ensaios clínicos em vitro para várias doenças respiratórias.

Abstract

Secreções das vias respiratórias contêm um grande número de células imune-relacionados, por exemplo, os neutrófilos, macrófagos e linfócitos, que podem ser usados como um recurso importante para avaliar uma variedade de doenças pulmonares, tanto para fins clínicos e de pesquisa. No entanto, devido à natureza heterogênea e viscosa do muco do paciente, não há atualmente nenhum método de dissociação confiável que não danifica as células imunes do anfitrião na secreção das vias aéreas de pacientes. Nesta pesquisa, apresentamos um método de preparação de amostra que usa microfluídica inercial para avaliação imunológica do paciente. Independentemente das heterogêneas fluídico propriedades das amostras clínicas, o método proposto se recupera mais de 95% de neutrófilos de amostras de secreção das vias aéreas que são diluídas 1,000-fold com mililitros de solução salina limpo. Recirculando o fluxo de saída concentrada para o reservatório de amostra inicial, uma alta concentração, recuperação e pureza das células imunes são fornecidos; recirculação é considerada um trade-off para o single-executar operação baseada em seringa de microfluídica inercial. A operação de circuito fechado de microfluídica espiral fornece leucócitos sem perturbação física ou química, como demonstrado pelo phorbol myristate 12 13-acetato (PMA)-induzida liberação de elastase de neutrófilos classificadas.

Introduction

Uma vez que as células são encapsuladas em uma grande quantidade de muco nas secreções das vias respiratórias, a avaliação funcional dos leucócitos por um ensaio em vitro tem sido prejudicada. Ditiotreitol (DTT) é o mais comum do lysis dissociar e homogeneizar o muco para análise citológica e detecção de mediadores proporcionando viabilidade tolerável de células isoladas1,2. No entanto, TDT pode interferir com antígenos de superfície limite de neutrófilos de vias aéreas, resultando em interrupção da função dos neutrófilos, tais como elastase e mieloperoxidase (MPO) versão2,3. Portanto, foram realizados poucos estudos da função dos neutrófilos via aérea humana com os neutrófilos do sangue periférico, que não podem revelar as características fisiológicas do pulmonar4. Enquanto isso, inercial microfluídica tem feito progressos em isolar as células de vários pacientes biomatrices5,6. O equilíbrio entre as forças inerciais elevador e Dean arrastar alinha a partícula/célula de acordo com seu tamanho, o que permite a separação de partículas livre de rótulo7. Nosso grupo anteriormente introduziu um método de preparação de amostra para circulação de células de tumor8,9, patógenos no sangue8, células de uma suspensão cultura10,11, 12e leucócitos polimorfonucleares (PMN) de sangue13,14.

Aqui, apresentamos um protocolo para preparar as pilhas imunes de secreções de vias aéreas do paciente usando microfluídica inercial de loop fechado para um ensaio a jusante em vitro , tais como o ensaio de neutrófilos elastase (NE). Este método fornece alta concentração e recuperação, especialmente quando existe uma sobreposição significativa na direção lateral da célula/partícula do qual o célula/partícula de interesse está a ser removido, que é comumente observada em amostras clínicas. Recirculando a parede interna (IW)-concentrado de partículas grandes ou células de volta para o tubo de entrada de amostra, a partícula ou célula de interesse concentrados no reservatório original, enquanto fluidos de fundo com agregados de mucina pequenas passam através do reservatório de resíduos. Apesar das propriedades fluídico heterogêneas de amostras clínicas, o método proposto recupera consistentemente acima de 95% de neutrófilos de amostras de secreção das vias aéreas que são diluídas 1,000-fold com uma solução salina limpo (~ 1 mL). Por outro lado, o método de Lise apresenta uma ampla gama de PMN taxas de recuperação, dependendo da condição da amostra. O protocolo proposto captura leucócitos de uma forma livre de rótulo sem interrupções físicas ou químicas, que prevê a possibilidade de colher células delicadas de contestar clinicamente biometria com procedimentos minimamente invasivos.

Protocol

A coleta de amostra foi aprovada pela Universidade de Pittsburgh institucional Review Board (IRB # PRO16060443, PRO10110387). Todos os experimentos são executados sob uma armário com o equipamento de proteção pessoal adequado de biossegurança. 1. dispositivo fabricação e litografia macia Nota: Litografia macia padrão técnicas15,16 foram usados para criar o microchannel polydimethylsiloxane (PDMS)….

Representative Results

Atingimos o transparentes imune-pilha suspensões com ambos dissociação de mucolysis e microfluídica DTT (Figura 3A). Dissociação de microfluídica coletados 4,40 x 105 PMN em média (2.1 x 104 para 5,60 x 105 PMN, n = 6) de vias aéreas secreção amostras diluídas 1,000-fold (volume total de 50 mL) em 1 mL de suspensão limpo. Em comparação com o diluente inicial, 94,0% PMN (CD66b+/CD45+) foram …

Discussion

Em microfluídica inercial, partículas e células localiza-se em uma certa posição lateral em um micro-channel baseado em seu tamanho5,18,19,20. Devido ao efeito combinado do reitor arrastar a força e a força inercial elevador na curva microchannel, partículas grandes ou neutrófilos (> 10 µm) estão localizados dentro do canal e pequenas partículas, agregados de muco e detritos menor q…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado pelo NIH/NIAID (R21AI119042) bem como o programa de ensaio NIH U24 amostra poupadores (U24-AI118656).

Materials

PDMS precursor Dow corning 184 SIL ELAST KIT 3.9KG 10:1 ratio of base and curing agent
VWR gravity convection oven VWR 414005-128 PDMS precursor to be cured in 90 deg.
100mm petri dish VWR 89000-324 Fabrication of PDMS Supporting layer
Harris Uni-core puncher Sigma-aldrich WHAWB100076 2mm diameter or other depending on the tubing size
Air plasma machine Femto Science Cute Surface plasma treatment for PDMS device to bottom base.
2” x 3” glass slide TED PELLA, INC. 2195 To support PDMS device
Masterflex spooled platinum-cured silicone tubing, L/S 14 Cole-Parmer EW-96410-14 Tubing for microfluidics and peristlatic pump
1/16 inch Luer connector, male Harvard apparatus PC2 72-1443 Connector for fluid guide
50mL Falcon tube Corning 21008-940 sample collection & preparation
Phosphate-Buffered Saline, 1X Without Calcium and Magnesium Corning 45000-446  Buffer solution to dilute sample
Halyard Closed suction Catheter, Elbow, 14F/ channel 4.67mm HALYARD HEALTH 22113 Tracheal seceation suction catheter
0.9% Sterile Normal saline, 10mL pre-filled syringe BD PosiFlush NHRIC: 8290-306547 For tracheal seceation collection from the patients
SecurTainer™ III Specimen Containers, 20mL Simport 1176R36 Sterile sputum (airway secretion) collection container
Syringe with Luer-Lok Tip, 10mL BD BD309604 To pipette homogenize the mucus sample and reach the bottom of sample tube
BD  Blunt Fill Needle, with BD Luer-Lok  Tip BD To pipette homogenize the mucus sample and reach the bottom of sample tube
40µm nylon cell strainer  Falcon 21008-949 To remove large chunk or blood clots, which can block the microfluidics access hole or the channel.
Peristaltic pump (Masterflex L/S Digital Drive) Cole-Parmer HV-07522-30 operation of microfluidics
BD LSR II flow cytometer BD Bioscience LSR II flow cytometer Quantification of cell recovery ratio
Fluorescein isothiocyanate (FITC)-conjugated mouse anti-human CD66b monoclonal antibody BD Bioscience 561927 Immunostaining of neutrophils for Flow cytometer analysis
Allophycocyanin (APC)-conjugated mouse anti-human CD45 monoclonal antibody BD Bioscience 561864 Immunostaining of neutrophils for Flow cytometer analysis
Plate reader Thermo Fisher scientific Varioskan Plate reader for neutrophil elastase assay, ex485/em525
Neutrophil elastase assay kit Cayman Chemical 600610 Neutrophil functionality assessment
Fluoresbrite YG Microspheres 10.0µm PolyScience, Inc. 18140-2 Fluorescent particles to express white blood cell trajectory in microfluidics

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Ryu, H., Choi, K., Qu, Y., Kwon, T., Lee, J. S., Han, J. Label-free Neutrophil Enrichment from Patient-derived Airway Secretion Using Closed-loop Inertial Microfluidics. J. Vis. Exp. (136), e57673, doi:10.3791/57673 (2018).

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