A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
تستخدم هذه الدراسة علامات متعددة التألق قائمة على موت الخلايا وموت الخلايا المبرمج جنبا إلى جنب مع الفحص المجهري متحد البؤر لتقييم موت الخلايا المبرمج الناجم عن السيتوكين والموت الخاص بالخلايا β في جزر البنكرياس. يكشف عن التغيرات المكانية والزمانية في موت الخلايا وموت الخلايا المبرمج استجابة للمنبهات خارج الخلية.
تبحث هذه الدراسة في تأثير السيتوكينات المؤيدة للالتهابات على جزر البنكرياس ، وخاصة الخلايا β المنتجة للأنسولين ، باستخدام مزيج من تقنيات تلطيخ التألق والفحص المجهري متحد البؤر لتقييم صلاحية الخلية ، موت الخلايا المبرمج ، والموت الخاص بالخلايا β. تمت معالجة جزر الفئران المعزولة بتركيزات متفاوتة من كوكتيل السيتوكين ، بما في ذلك TNF-α و IL-1β و IFN-γ ، لتقليد موت الخلايا المبرمج بوساطة المناعة أثناء تطور مرض السكري من النوع 1. تم تقييم جدوى خلايا الجزر من خلال التلوين المزدوج FDA / PI ، حيث أشار تحويل إدارة الغذاء والدواء إلى فلورسين إلى خلايا قابلة للحياة ، وخلايا معرضة للخطر بالغشاء بعلامة PI. قدم YOPRO-1 والتلوين النووي بيانات إضافية عن موت الخلايا المبرمج ، مع تأكيد الملحق الخامس للخلايا موت الخلايا المبرمج المبكرة. كشف التحليل الكمي عن زيادات كبيرة في معدلات موت الخلايا المبرمج وموت الخلايا في الجزر المعالجة بالسيتوكينات. لتقييم التأثيرات على الخلايا β على وجه التحديد ، تم استخدام تلطيخ مؤشر Zn2+ الانتقائي لتسمية الخلايا المنتجة للأنسولين من خلال ارتباط الزنك في حبيبات الأنسولين ، مما يكشف عن فقدان كبير للخلايا β بعد معالجة الجزر بالسيتوكينات المؤيدة للالتهابات لمدة 24 ساعة. تلتقط بروتوكولات التلطيخ المتعددة هذه بشكل فعال وتحدد مدى الضرر الناجم عن السيتوكين في الجزر الصغيرة ويمكن استخدامها لتقييم العلاجات المصممة لمنع موت الخلايا المبرمج β الخلايا في مرض السكري من النوع 1 المبكر.
جزر البنكرياس ، والمعروفة أيضا باسم جزر لانجرهانز ، هي مجموعة من خلايا الغدد الصماء الموجودة داخل البنكرياس. الخلايا β المنتجة للأنسولين هي المكون الأكثر وفرة وأهمية وظيفية في جزر البنكرياس. تفرز هذه الخلايا β الأنسولين ، وهو هرمون يلعب دورا مهما في الحفاظ على توازن الجلوكوز1. في مرض السكري من النوع 1 (T1D) ، يستهدف الجهاز المناعي جزر البنكرياس ويتسلل إليها ، مما يؤدي إلى تدمير الخلايا β المنتجة للأنسولين. يتم التوسط في هجوم المناعة الذاتية هذا بشكل أساسي عن طريق السيتوكينات المؤيدة للالتهابات ، بما في ذلك إنترلوكين -1β (IL-1β) ، وعامل نخر الورم ألفا (TNF-α) ، وإنترفيرون جاما (IFN-γ) 2. تبدأ هذه السيتوكينات سلسلة من أحداث الإشارات داخل الخلايا β التي تؤدي في النهاية إلى موت الخلاياالمبرمج 3. موت الخلايا المبرمج ، موت الخلايا المبرمج ، هو عملية منظمة بإحكام تنطوي على تنشيط الكاسباسات وتجزئة الحمض النووي والتفكك الخلوي. يساهم في الفقدان التدريجي لكتلة الخلايا β ووظيفتها أثناء ظهور T1D3.
يعد فهم الآليات الجزيئية التي تدفع موت الخلايا المبرمج للخلايا β أمرا بالغ الأهمية لتحديد استراتيجيات منع أو تخفيف تدمير الخلايا β في T1D. لتحقيق ذلك ، تعمل جزر البنكرياس المعزولة من النماذج التجريبية أو الجثث البشرية كنظام نموذجي قوي وراسخ لدراسة أمراض الخلايا β2،3. من خلال معالجة هذه الجزر المعزولة بالسيتوكينات المؤيدة للالتهابات ، يمكن للباحثين تكرار البيئة التي تميز T1D المبكر ، مما يسمح بدراسة مفصلة لخلل الخلايا β والموت في المختبر4،5. توفر هذه التجارب رؤى رئيسية حول ضعف الخلايا β وبقائها في ظل الظروف المرتبطة بالأمراض ، كما أنها تعمل كمنصة لاختبار التدخلات العلاجية التي تهدف إلى حماية أو إنقاذ الخلايا β من موت الخلايا المبرمج الناجم عن السيتوكين. من خلال استخدام هذا النظام في المختبر ، يمكننا تحليل كيفية استجابة الجزر الصغيرة من الأنواع المختلفة للظروف المختلفة بشكل فعال ، مما يوفر فهما أفضل للاختلافات الوظيفية وموت الخلايا المبرمج عبر الأنواع.
أظهرت الدراسات السابقة أن الفئران والجزر الصغيرة البشرية عولجت لمدة 24 ساعة بكوكتيل (1x = 10 نانوغرام / مل TNF-α ، و 5 نانوغرام / مل IL-1β ، و 100 نانوغرام / مل IFN-γ) من السيتوكينات المشتقة من الفئران والإنسان ، على التوالي ، أدت إلى موت كبير لخلايا الجزر4،5،6. تم تأكيد صلاحية الجزيرة عن طريق تلطيخ الخلايا المعالجة بالسيتوكين بثنائي أسيتات الفلورسين (FDA) ويوديد البروبيديوم (PI) 5،6. على الصعيد العالمي ، يتم تقييم جدوى الجزر باستخدام تقنية استبعاد الصبغة القياسية المرتبطة بحمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) مع FDA و PI7. تقوم بقع الفلورسنت أو الركائز المترافقة بالصبغة بتقييم صلاحية الخلية بناء على سلامة الغشاء ونفاذيته. يتم تحويل FDA ، وهي صبغة منفذة للخلايا ، بواسطة الخلايا الحية إلى مضان أخضر (فلورسين). في المقابل ، PI ، وهي صبغة غير منفذة للخلية ، تلطخ فقط نوى الخلايا الميتة ذات الأغشية المعرضةللخطر 7. ثم يتم تحليل الخلايا من خلال التصوير ثنائي اللون على مجهر متحد البؤر ، حيث تشير الفلورسنت الأخضر والأحمر إلى الخلايا القابلة للحياة والميتة ، على التوالي.
يتمثل الحد من بروتوكول تلطيخ FDA / PI في أن PI يدخل فقط الخلايا التي فقدت انتقائية الغشاء ، مما يعني أنه لا يمكنه التمييز بين الخلايا المبرمجة المبكرة. علاوة على ذلك ، لا يمكن لهذه الطريقة التمييز بين المجموعات الفرعية للخلايا ، مما يجعلها غير مناسبة لتقييم قابلية β للخلايا بقاء بشكل انتقائي. يشيع استخدام بروتوكول Annexin V / PI لدراسة الخلايا المبرمجة ، وقد تم تعديل البروتوكول لتحسين دقته8. تتضمن المراحل المبكرة من موت الخلايا المبرمج نقل الفوسفاتيديل سيرين من الطبقة الداخلية إلى الطبقة الخارجية لغشاء البلازما. يرتبط Annexin V ، وهو بروتين يعتمد على الكالسيوم ، بتقارب عال مع هذا الفوسفاتيديل سيرين المكشوف. يتم إجراء التلوين باستخدام PI جنبا إلى جنب مع الملحق V لتمييز الخلايا المبرمج (الملحق الإيجابي V فقط) من الخلايا الميتة (إيجابية لكل من الملحق-V و PI) ، حيث تعرض الخلايا النخرية أيضا الفوسفاتيديل سيرين بسبب سلامة الغشاءالمعرضة للخطر 9. تستخدم الأصباغ الأخرى ، مثل YOPRO-1 ، أيضا لتحديد موت الخلايا المبرمج لخلايا الجزر. غشاء الخلية للخلايا القابلة للحياة غير منفذ ل YOPRO-1 ، على عكس Annexin-V ، الذي لا يمكنه تحديد الخلايا الحية التي تخضع لموت الخلايا المبرمج.
لتقييم موت خلايا البنكرياس β ، هناك حاجة إلى أصباغ محددة تستهدف الخلايا المنتجة للأنسولين فقط. السمة المميزة لخلايا البنكرياس β هي أن جزءا من Zn2+ داخل الخلايا يتم تخزينه في حويصلات كمركب الأنسولين Zn2 + (نسبة 2: 1) 10. يوجد الزنكالحر 2+ أيضا في المساحة الحبيبية حول الخلايا β كخزانات. يمكن تصور Zn2+ و Zn2+ المرتبط بشكل فضفاض بالأنسولين في حبيبات إفرازية باستخدام أصباغ ملزمة بالزنك. يستخدم Dithizone ، وهو صبغة ملزمة بالزنك ، بشكل شائع لتقييم نقاء الجزيرة ، ولكن لا يمكن دمجها مع الأصباغ الفلورية المستخدمة لتقييم صلاحية الخلايا β ووظيفتها11. تم تطوير مجسات الأشعة فوق البنفسجية مثل TSQ و Zinquin الانتقائية للغاية تجاه Zn2+ لتحديد الخلايا β عن طريق تصوير وقياس Zn 2+ الحرة داخل الخلايا. 12،13. ومع ذلك ، فإن استخدامها محدود بسبب ضعف الذوبان ، والتحميل غير المتكافئ للخلايا ، ومتطلبات الإثارة للأشعة فوق البنفسجية ، والتقسيم إلى حويصلات حمضية14. كما تم تطوير مجسات الفلورسنت ذات الطول الموجي المرئي ، مثل مؤشر نيوبورت الأخضر والزنك2+ الانتقائي للتغلب على هذه القيود وتستخدم الآن على نطاق واسع للكشف عن الخلايا β في الجزر البشرية المعزولة15،16. يحتوي FluoZin-3 (مؤشر Zn2 + الانتقائي) على تقارب أعلى من Zn2 + وعائد كمي فائق من Newport Green وقد أثبت فعاليته في تصوير Zn2 + الذي تم إطلاقه مع الأنسولين في الجزر الصغيرةالمعزولة 14،17.
يتيح استخدام الأصباغ الفلورية مثل FDA و PI و Annexin V و YOPRO-1 و Zn2 + المؤشر الانتقائي القياس والتمايز بين الخلايا الميتة القابلة للحياة والخلايا المبرمجة والكلية. يوفر الجمع بين المجسات المتوافقة والانتقائية للغاية أيضا طريقة مستهدفة لتقييم وقياس قابلية الخلايا β وموت الخلايا المبرمج ، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم وتخفف تدمير الخلايا β في أبحاث مرض السكري وتطوير الأدوية.
تمت الموافقة على جميع التجارب على الفئران من قبل لجنة رعاية واستخدام المؤسسية بجامعة كولورادو دنفر (البروتوكولات 000929). تم شراء الفئران C57Bl / 6 المستخدمة في هذه التجربة من مختبر جاكسون وتم إيواؤها في منشأة يتم التحكم في درجة حرارتها في دورة ضوئية / مظلمة مدتها 12 ساعة مع إمكانية الوصول إلى الطعام والماء بشكل خاص. تم الحصول على جزر الفئران المعزولة باستخدام بروتوكول هضم الكولاجيناز ، والذي تم وصفه سابقا5،18.
1. إعداد الحلول والإعلام الثقافي
ملاحظة: يجب تحضير وسائط الاستزراع ومخزونات السيتوكين والكواشف الأخرى في ظروف معقمة.
2. علاج الجزر المعزولة بالسيتوكينات
3. قياس جدوى الجزيرة مع FDA / PI
4. قياس موت الخلايا المبرمج باستخدام التلوين
5. قياس موت الخلايا المبرمج باستخدام الملحق الخامس / وصمة عار نووية
6. قياس موت الخلايا β باستخدام مؤشر Zn2+ الانتقائي / وصمة عار نووية / PI
تم استخدام التلوين المزدوج باستخدام FDA و PI لتقييم جدوى الجزر الصغيرة المعالجة بالسيتوكينات. أجريت جميع التجارب في ثلاث نسخ (ن = 3) ، وتم إنشاء البيانات من صور متعددة z-stack بمسافة 10 ميكرومتر ، مع احتواء كل نسخة مكررة على متوسط بيانات من 5 أو 6 جزر ، لضمان قابلية التكرار والمقار?...
توضح هذه الدراسة فعالية طرق التلوين المتعدد مع الأصباغ الفلورية والفحص المجهري متحد البؤر في تقييم صلاحية الخلايا الجزرية ، وموت الخلايا المبرمج ، وبقاء الخلايا β تحت الإجهاد الناجم عن السيتوكينات. كشف تلطيخ FDA / PI عن زيادة تعتمد على الجرعة في موت الخلايا داخل الجزر المع...
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
قدمت المنح التالية أموالا لهذا العمل: جائزة NIDDK R01 DK137221 ، JDRF 3-SRA-2023-1367-S-B إلى NLF ، و ADA 7-20-JDF-020 إلى N.L.F. يود المؤلفون أن يشعروا بتقديرهم للدعم المقدم من مركز أبحاث مرض السكري في حرم جامعة كولورادو أنشوتز P30-DK116073 والمرافق الأساسية المرتبطة بها المستخدمة لدعم هذا العمل.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
14 mm glass-bottom Petri dish | Mattek | P35G-1.5-14-C | |
1640 RPMI | Corning | 10-041-CV | |
35 mm Petri dish | Celltreat | 229638 | |
7 mm glass-bottom Petri dish | Mattek | P35G-1.5-7-C | |
Annexin V, Alexa Flour 488 | Thermo Fisher (Invitrogen) | A13201 | ex488/em515 |
Calcium Chloride Dihydrate | Fisher | C79 | |
Dimethyl Sulfoxide Anhydrous | Sigma | 276855 | |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher (Gibco) | 26140079 | |
Flouzin-3, AM | Thermo Fisher (Invitrogen) | F24195 | ex488/em516 |
Fluorescein Diacetate (FDA) | Thermo Fisher (Invitrogen) | F1303 | ex488/em520 |
HEPES | Sigma | 54457 | |
Image processing software | NIH | ImageJ | |
Magnesium Chloride | Sigma | M8266 | |
NucBlue Live ReadyProbes Reagent (Hoechst 33342) | Thermo Fisher (Invitrogen) | R37605 | ex360/em460 |
Penicillin-Streptomycin | Thermo Fisher (Gibco) | 15-140-122 | |
Phosphate-buffered Saline Tablets | Fisher | BP2944-100 | |
Potassium Chloride, Granular | Macron | 6858-04 | |
Propidium iodide | Thermo Fisher (Invitrogen) | P1304MP | ex535/em620 |
Protein Recombinant Mouse IFN-gamma Protein | R&D Systems | 485-MI-100/CF | |
Recombinant Mouse IL-1 beta/IL-1F2 | R&D Systems | 401-ML-100/CF | |
Recombinant Mouse TNF-alpha (aa 80-235) Protein | R&D Systems | 410-MT-100/CF | |
Sodium Chloride, Crystal | Macron | 7581-12 | |
Stellaris Confocal microcope with spectral detectors | Leica | DMI-8 | 40x water immersion objective. |
Yopro-1 Iodide | Thermo Fisher (Invitrogen) | Y3603 | ex488/em509 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved