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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Aquí diseñamos dos paneles complementarios de citometría de masas (CyTOF) y optimizamos un protocolo de tinción de CyTOF con el objetivo de perfilar el receptor de células asesinas naturales y el repertorio de ligandos en el contexto de infecciones virales.
Las células asesinas naturales (NK) se encuentran entre las primeras en responder a las infecciones virales. La capacidad de las células NK para reconocer y matar rápidamente las células infectadas por el virus está regulada por su expresión de receptores inhibidores y activadores codificados por la línea germinal. La participación de estos receptores por parte de sus ligandos afines en las células diana determina si la interacción intercelular dará lugar a la muerte de las células NK. Este protocolo detalla el diseño y optimización de dos paneles complementarios de citometría de masas (CyTOF). Se diseñó un panel para fenotipar las células NK en función de la expresión del receptor. El otro panel fue diseñado para interrogar la expresión de ligandos conocidos para los receptores de células NK en varios subconjuntos de células inmunitarias. Juntos, estos dos paneles permiten el perfil del repertorio de receptores-ligandos de células NK humanas. Además, este protocolo también detalla el proceso mediante el cual tiñimos muestras para CyTOF. Este proceso se ha optimizado para mejorar la reproducibilidad y la estandarización. Una ventaja de CyTOF es su capacidad para medir más de 40 marcadores en cada panel, con una superposición mínima de señales, lo que permite a los investigadores capturar la amplitud del repertorio de receptores y ligandos de células NK. El código de barras de paladio también reduce la variación entre muestras, así como el consumo de reactivos, lo que facilita la tinción de muestras con cada panel en paralelo. Las limitaciones de este protocolo incluyen el rendimiento relativamente bajo de CyTOF y la incapacidad de recuperar células después del análisis. Estos paneles fueron diseñados para el análisis de muestras clínicas de pacientes que padecen infecciones virales agudas y crónicas, incluyendo el virus del dengue, el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) y la influenza. Sin embargo, se pueden utilizar en cualquier entorno para investigar el repertorio de ligandos receptores de células NK humanas. Es importante destacar que estos métodos se pueden aplicar ampliamente al diseño y la ejecución de futuros paneles CyTOF.
Las células asesinas naturales (NK) son células inmunitarias innatas cuya función principal es atacar y matar las células malignas, infectadas o estresadas. A través de su secreción de citocinas como IFNγ y TNFα, así como su actividad citotóxica, las células NK también pueden dar forma a la respuesta inmunitaria adaptativa a patógenos y neoplasias malignas. La respuesta NK está mediada en parte por la señalización combinatoria de receptores inhibidores y activadores codificados por la línea germinal, que se unen a una miríada de ligandos expresados en las células diana potenciales. Varios receptores de células NK tienen más de un ligando, y regularmente se identifican nuevos pares receptor-ligando.
Existe un interés particular en el estudio de las células NK en el contexto de las infecciones virales, donde su capacidad para responder rápidamente a las células estresadas puede limitar la propagación viral o promover el desarrollo de estrategias de evasión de células NK. Este interés en la biología de las células NK se extiende al campo de la inmunoterapia contra el cáncer, donde los investigadores están investigando el papel de las células NK en la inmunovigilancia tumoral y en el microambientetumoral 1. Sin embargo, la capacidad de perfilar las interacciones entre células NK y células diana se complica por el hecho de que las células NK humanas pueden expresar más de 30 receptores que, a su vez, pueden interactuar con más de 30 ligandosconocidos. Por lo tanto, la detección simultánea de múltiples receptores de células NK y sus ligandos afines es necesaria para capturar la complejidad de las interacciones receptor-ligando que controlan la función de NK. En consecuencia, recurrimos a la citometría de masas (CyTOF), que permite la detección simultánea de más de 40 marcadores a nivel de una sola célula. Nuestro objetivo era crear dos paneles CyTOF para perfilar el repertorio de receptores-ligandos de células NK. También queríamos diseñar un protocolo para el procesamiento y la tinción efectivos de las muestras clínicas. Las muestras clínicas humanas proporcionan una gran cantidad de información sobre cómo responde el cuerpo a la infección viral. Por lo tanto, desarrollamos este protocolo para investigar la expresión de los receptores de células NK y sus ligandos afines en paralelo para una mejor estandarización, una mejor recuperación, un menor consumo de reactivos y efectos de lote limitados.
Anteriormente se han publicado varios paneles de citometría de flujo diseñados para caracterizar el fenotipo de las células NK humanas 3,4,5,6,7,8. La mayoría de estos paneles tienen una capacidad limitada para capturar la amplitud del repertorio receptor-ligando, lo que solo permite la detección de una selección limitada de marcadores. Además, estos paneles están limitados por la superposición de señales entre fluorocromos. CyTOF utiliza anticuerpos conjugados con isótopos metálicos, que se leen mediante espectrometría de masas de tiempo de vuelo, lo que reduce drásticamente el desbordamiento entre canales.
Al igual que nosotros, otros investigadores han recurrido a CyTOF para estudiar las células NK 9,10,11,12,13,14, aunque generalmente con menos marcadores de células NK, lo que reduce la profundidad del fenotipado. Si bien los protocolos generales de tinción utilizados por estos grupos son similares a los nuestros, existen algunas diferencias clave. Otros protocolos no implican el aislamiento de las células NK antes de la tinción, aunque los investigadores solo están interesados en ese subconjunto13,14. Dado que las células NK solo constituyen el 5-20% de las células mononucleares de sangre periférica (PBMC), la tinción de PBMC completas en lugar de células NK aisladas significa que la mayoría de los eventos recopilados no serán células NK. Esto reduce la cantidad de datos generados en el subconjunto de interés y da como resultado un uso ineficiente del tiempo de la máquina. Además, aunque muchos de estos paneles interrogan la expresión de los receptores de las células NK, como los receptores asesinos similares a Ig (KIR), NKG2A/C/D y los receptores naturales de citotoxicidad (NKp30, NKp44 y NKp46), la expresión de estos marcadores no se sitúa en un contexto más amplio debido a la ausencia de datos sobre la expresión de sus respectivos ligandos. En consecuencia, si bien estos métodos publicados anteriormente para investigar las células NK a través de CyTOF son suficientes para el fenotipado amplio de células NK, utilizados de forma aislada, no pueden proporcionar una imagen completa de la actividad de las células NK. Esto nos lleva a la principal ventaja de los métodos aquí descritos, que es que hasta el momento no hay citometría de flujo publicada ni paneles CyTOF centrados en explorar la expresión de ligandos para los receptores de células NK. Es importante destacar que nuestro panel de ligandos tiene varios canales abiertos para permitir la adición de marcadores para adaptarse a las necesidades únicas de cada experimento.
Teniendo en cuenta que una de las principales limitaciones de CyTOF es la imposibilidad de recuperar la muestra después del análisis, este método puede no ser apropiado para los investigadores que tienen muestras limitadas con las que están interesados en realizar experimentos adicionales. Además, la naturaleza de bajo rendimiento de CyTOF significa que los datos generados serán de mala calidad si el número inicial de celdas es bajo. A excepción de estas dos limitaciones, este método funcionará bien en cualquier entorno para investigar las interacciones receptor-ligando entre las células NK y las células diana.
Las PBMC anónimas de adultos sanos se obtuvieron de cámaras del sistema de leucorreducción compradas al Centro de Sangre de Stanford. Los PBMC de donantes pediátricos sanos no identificados y pacientes pediátricos con dengue agudo se obtuvieron del Instituto Conmemorativo de Estudios en Salud Gorgas en la Ciudad de Panamá, Panamá y hospitales pertenecientes al Ministerio de Salud, el Sistema de Seguro Social en la Ciudad de Panamá y áreas suburbanas. El protocolo del estudio del dengue fue aprobado por el IRB del Hospital del Niño (CBIHN-M-0634), luego aprobado por los comités del ICGES, CSS, Hospital Santo Tomás y Universidad de Stanford. Las PBMC de pacientes infectados por el VIH en tratamiento antirretroviral se obtuvieron del estudio A5321 del ACTG.
1. Etiquetado de anticuerpos, preparación del panel y almacenamiento
2. Protocolo de tinción
Los anticuerpos se conjugaron con isótopos metálicos utilizando kits de etiquetado disponibles en el mercado, de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Los clones de anticuerpos se validaron mediante citometría de flujo y citometría de masas antes de su uso en este panel. Se seleccionó una lista inicial de clones basada en la revisión de la literatura y la disponibilidad de anticuerpos. Los niveles de expresión de algunos ligandos para los r...
Aquí describimos el diseño y la aplicación de dos paneles CyTOF complementarios destinados a perfilar el repertorio de receptores-ligandos de células NK. Este protocolo incluye varios pasos que son críticos para obtener datos de calidad. CyTOF utiliza iones de metales pesados, en lugar de fluorocromos, como sondas de marcaje para anticuerpos19. Por lo tanto, esta tecnología está sujeta a posibles señales contaminantes de los metales ambientales
Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores desean agradecer a todos los miembros actuales y anteriores del Laboratorio Blish que contribuyeron a este panel. Gracias al Grupo de Ensayos Clínicos sobre el SIDA y al equipo de ACTG A5321, así como a la Dra. Sandra López-Vergès y Davis Beltrán del Gorgas Memorial Institute for Health Studies por la selección de muestras. Finalmente, gracias a Michael Leipold, Holden Maecker y el Centro de Monitoreo Inmunológico Humano de Stanford por el uso de sus máquinas Helios. Este trabajo fue apoyado por NIH U19AI057229, NIH R21 AI135287, NIH R21 AI130532, NIH DP1 DA046089 y Burroughs Wellcome Fund Investigators in the Pathogenesis of Infectious Diseases # 1016687 a CB, NIH Ruth L. Kirschstein Institutional National Research Service Award T32 AI007502, TL1 TR001084 y NIH/NIAID K08 AI138640 a EV, National Science Foundation Graduate Research Fellowship DGE-1656518 a JM y NIH Training Grant T32-AI-007290 (PI Olivia Martinez). El estudio ACTG recibió subvenciones de AI-68634 (Centro de Gestión Estadística y de Datos), UM1-A1-26617, AI-131798 y AI-68636 (ACTG). CB es becario de la facultad Tashia y John Morgridge en Medicina Traslacional Pediátrica del Instituto de Investigación de Salud Materno-Infantil de Stanford e investigador del Chan Zuckerberg Biohub.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
89Y | Sigma-Aldrich | 204919 | |
102-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
104-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
106-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
108-Palladium nitrate | Trace Sciences International | Special Order | |
115In | Trace Sciences International | Special Order | |
141Pr | Fluidigm | 201141A | |
142Nd | Fluidigm | 201142A | |
143Nd | Fluidigm | 201143A | |
144Nd | Fluidigm | 201144A | |
145Nd | Fluidigm | 201145A | |
146Nd | Fluidigm | 201146A | |
147Sm | Fluidigm | 201147A | |
148Nd | Fluidigm | 201148A | |
149Sm | Fluidigm | 201149A | |
150Nd | Fluidigm | 201150A | |
151Eu | Fluidigm | 201151A | |
152Sm | Fluidigm | 201152A | |
153Eu | Fluidigm | 201153A | |
154Sm | Fluidigm | 201154A | |
155Gd | Fluidigm | 201155A | |
156Gd | Fluidigm | 201156A | |
157Gd | Trace Sciences International | N/A | |
158Gd | Fluidigm | 201158A | |
159Tb | Fluidigm | 201159A | |
160Gd | Fluidigm | 201160A | |
161Dy | Fluidigm | 201161A | |
162Dy | Fluidigm | 201162A | |
163Dy | Fluidigm | 201163A | |
164Dy | Fluidigm | 201164A | |
165Ho | Fluidigm | 201165A | |
166Er | Fluidigm | 201166A | |
167Er | Fluidigm | 201167A | |
168Er | Fluidigm | 201168A | |
169Tm | Fluidigm | 201169A | |
170Er | Fluidigm | 201170A | |
171Yb | Fluidigm | 201171A | |
172Yb | Fluidigm | 201172A | |
173Yb | Fluidigm | 201173A | |
174Yb | Fluidigm | 201174A | |
175Lu | Fluidigm | 201175A | |
176Yb | Fluidigm | 201176A | |
209Bi anti-CD16 | Fluidigm | 3209002B | Clone 3G8. Used at a 1:50 dilution. |
697 cells | Creative Bioarray | CSC-C0217 | |
Amicon Ultra Centrifugal Filter Units 0.5 with Ultracel-30 Membrane, 30 kDa | Millipore | UFC503096 | |
Anhydrous acetonitrile | Fisher Scientific | BP1165-50 | |
anti-2B4 | Biolegend | 329502 | Clone C1.7. |
anti-B7-H6 | R&D Systems | MAB7144 | Clone 875001. |
anti-CCR2 | Biolegend | 357202 | Clone K036C2. |
anti-CD2 | Biolegend | 300202 | Clone RPA-2.10. |
anti-CD3 | Biolegend | 300402 | Clone UCHT1. |
anti-CD4 | Biolegend | 317402 | Clone OKT4. |
anti-CD4 | Biolegend | 344602 | Clone SK3. |
anti-CD7 | Biolegend | 343102 | Clone CD7-6B7. |
anti-CD8 | Biolegend | 344702 | Clone SK1. |
anti-CD11b | Biolegend | 301302 | Clone ICRF44. |
anti-CD14 | Biolegend | 301802 | Clone M5E2. |
anti-CD19 | Biolegend | 302202 | Clone HIB19. |
anti-CD33 | Biolegend | 303402 | Clone WM53. |
anti-CD38 | Biolegend | 303502 | Clone HIT2. |
anti-CD48 | Biolegend | 336702 | Clone BJ40. |
anti-CD56 | BD Pharmingen | 559043 | Clone NCAM16.2. |
anti-CD57 | Biolegend | 322302 | Clone HCD57. |
anti-CD62L | Biolegend | 304802 | Clone DREG-56. |
anti-CD69 | Biolegend | 310902 | Clone FN50. |
anti-CD94 | Biolegend | 305502 | Clone DX22. |
anti-CD95 | Biolegend | 305602 | Clone DX2. |
anti-CD155 | Biolegend | 337602 | Clone SKII.4. |
anti-CXCR6 | Biolegend | 356002 | Clone K041E5. |
anti-DNAM-1 | BD Biosciences | 559787 | Clone DX11. |
anti-DR4 | Biolegend | 307202 | Clone DJR1. |
anti-DR5 | Biolegend | 307302 | Clone DJR2-2. |
anti-FAS-L | Biolegend | 306402 | Clone NOK-1. |
anti-FcRg | Millipore | 06-727 | Polyclonal antibody. |
anti-HLA-C,E | Millipore | MABF233 | Clone DT9. |
anti-HLA-Bw4 | Miltenyi Biotec | Special Order | Clone REA274. |
anti-HLA-Bw6 | Miltenyi Biotec | 130-124-530 | Clone REA143. |
anti-HLA-DR | Biolegend | 307602 | Clone L243. |
anti-HLA-E | Biolegend | 342602 | Clone 3D12. |
anti-ICAM-1 | Biolegend | 353102 | Clone HA58. |
anti-Ki-67 | Biolegend | 350502 | Clone Ki-67. |
anti-KIR2DL1/KIR2DS5 | R&D Systems | MAB1844 | Clone 143211. |
anti-KIR2DL3 | R&D Systems | MAB2014 | Clone 180701. |
anti-KIR2DL5 | Miltenyi Biotec | 130-096-200 | Clone UP-R1. |
anti-KIR2DS4 | R&D Systems | MAB1847 | Clone 179315. |
anti-KIR3DL1 | BD Biosciences | 555964 | Clone DX-9. |
anti-LFA-3 | Biolegend | 330902 | Clone TS2/9. |
anti-LILRB1 | R&D Systems | 292319 | Clone MAB20172. |
anti-LLT-1 | R&D Systems | AF3480 | Clone 402659. |
anti-MICA | R&D Systems | MAB1300-100 | Clone 159227. |
anti-MICB | R&D Systems | MAB1599-100 | Clone 236511. |
anti-Nectin-1 | Biolegend | 340402 | Clone R1.302. |
anti-Nectin-2 | Biolegend | 337402 | Clone TX31. |
anti-NKG2A | R&D Systems | MAB1059 | Clone 131411. |
anti-NKG2C | R&D Systems | MAB1381 | Clone 134522. |
anti-NKG2D | Biolegend | 320802 | Clone 1D11. |
anti-NKp30 | Biolegend | 325202 | Clone P30-15. |
anti-NKp44 | Biolegend | 325102 | Clone P44-8. |
anti-NKp46 | Biolegend | 331902 | Clone 9E2. |
anti-NTB-A | Biolegend | 317202 | Clone NT-7. |
anti-Pan HLA class I | Biolegend | 311402 | Clone W6/32. |
anti-PD1 | Biolegend | 329902 | Clone EH12.2H7. |
anti-Perforin | Abcam | ab47225 | Clone B-D48. |
anti-Siglec-7 | Biolegend | 347702 | Clone S7.7. |
anti-Syk | Biolegend | 644302 | Clone 4D10.2. |
anti-TACTILE | Biolegend | 338402 | Clone NK92.39. |
anti-TIGIT | R&D Systems | MAB7898 | Clone 741182. |
anti-ULBP-1 | R&D Systems | MAB1380-100 | Clone 170818. |
anti-ULBP-2, 5, 6 | R&D Systems | MAB1298-100 | Clone 165903. |
Antibody Stabilizer | Candor Bioscience | 131 050 | |
Benzonase Nuclease | Millipore | 70664 | |
Bond-Breaker TCEP Solution | Thermo Fisher Scientific | 77720 | |
Bovine Serum Albumin solution | Sigma-Aldrich | A9576 | |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2+2H2O) | Sigma-Aldrich | 223506-25G | |
Cis-Platinum(II)diamine dichloride (cisplatin) | Enzo Life Sciences | ALX-400-040-M250 | A 100 mM stock solution was prepared in DMSO and divided into 25 µL aliquots. Used at a 25 µM dilution for live/dead stain. Signal appears in 194Pt and 195Pt channels. |
DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
eBioscience Permeabilization Buffer | Thermo Fisher Scientific | 00-8333-56 | |
EDTA (0.5 M) | Hoefer | GR123-100 | A double-concentrated HEPES buffer with EDTA was made according to the following recipe: 1.3 g NaCl (Thermo Fisher Scientific), 27 mg CaCl2+2H2O (Sigma-Aldrich), 23 mg MgCl2 (Sigma-Aldrich), 83.6 mg KH2PO4 (Thermo Fisher Scientific), 4 mL of 1M HEPES (Thermo Fisher Scientific), 2 mL of 0.5M EDTA (Hoefer, Holliston, MA, USA), and 100mL H2O. The pH of this double-concentrated HEPES buffer was adjusted to a pH of 7.3 using 1M HCl and 1M NaOH. |
EQ Four Element Calibration Beads | Fluidigm | 201078 | |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | N/A | |
Helios mass cytometer | Fluidigm | N/A | |
HEPES (1M) | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | |
HyClone Antibiotic/Antimycotic Solution (Pen/Strep/Fungiezone) solution | Fisher Scientific | SV3007901 | |
Iridium - 191Ir/193Ir intercalator | DVS Sciences (Fluidigm) | 201192B | Used at a 1:10000 dilution. |
Isothiocyanobenzyl-EDTA (ITCB-EDTA) | Dojindo Molecular Technologies, Inc. | M030-10 | Diluted to 1.25 mg/mL in anhydrous acetonitrile. |
K562 cells | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC CCL-243 | |
L-Glutamine (200 mM) | Thermo Fisher Scientific | SH30034 | |
Magnesium chloride (MgCl2) | Sigma-Aldrich | 208337-100G | |
Maxpar X8 Antibody Labeling Kits | Fluidigm | N/A | No catalog number as kits come with metals. |
Millex-VV Syringe Filter Unit, 0.1 µm | Millipore | SLVV033RS | |
Milli-Q Advantage A10 Water Purification System | Millipore | Z00Q0V0WW | |
MS Columns | Miltenyi Biotec | ||
NALM6 cells | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC CRL-3273 | |
Nanosep Centrifugal Devices with Omega Membrane 3K | Pall Corporation | OD003C35 | |
NK Cell Isolation Kit, human | Miltenyi Biotec | 130-092-657 | |
Paraformaldehyde (16%) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
PBS | Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
Potassium Phosphate Monobasic (KH2PO4) | Fisher Scientific | MP021954531 | |
Qdot 655 anti-CD19 | Thermo Fisher Scientific | Q10179 | Clone SJ25-C1. Used at a 1:50 dilution. Signal appears in 112Cd-114Cd channels. |
Qdot 655 anti-HLA-DR | Thermo Fisher Scientific | Q22158 | Clone Tü36. Used at a 1:200 dilution. |
Rockland PBS | Rockland Immunochemicals, Inc. | MB-008 | Used to make CyPBS (10X Rockland PBS diluted to 1X in Milli-Q water) and CyFACS buffers (10X Rockland PBS diluted to 1X in Milli-Q water with 0.1% BSA and 0.05% sodium azide). Buffers were sterile-filtered through a 0.22 µM filter and sotred at 4°C in Stericup bottles. |
RPMI 1640 | Thermo Fisher Scientific | 21870092 | |
Sodium azide (NaN3) | Sigma-Aldrich | S2002 | |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher Scientific | S271-500 | |
Stericup Quick Release-GP Sterile Vacuum Filtration System | Millipore Sigma | S2GPU10RE | |
Tuning solution | Fluidigm | 201072 | |
Washing solution | Fluidigm | 201070 |
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