TENDENCIAS EN CITOMETRÍA DE FLUJO

TENDENCIAS EN TENDENCIAS EN

CITOMETRÍA DE FLUJOCITOMETRÍA DE FLUJO

TENDENCIAS EN CITOMETRÍA DE FLUJO

1. Cuantificación del número de moléculas por célula

2. Determinación de moléculas solubles3. Enumeración celular 4. Nuevas formas de marcaje

4.1 Marcaje de receptores con ligandos fluorescentes4.2 Marcaje intracelular4.3 Marcaje de proteínas totales

1) CUANTIFICACIÓN DEL

NÚMERO DE MOLÉCULAS

POR CÉLULA INDIVIDUAL

Cuantificación del número de moléculas por célula individual

• Cuantificación del número medio de

moléculas por célula

• La cantidad de antígeno que contiene cada

célula se expresa en ABC (antigen binding

capacity) o capacidad de unión antigénica

CUANTIFICACIÓN DE ABC

1.1) QUIFIKIT

1.2) RAINBOW BEADS

1.1) QUIFIKIT: FUNDAMENTO

• Micropartículas de calibración con cantidades determinadas de IgG unidas.

• Se emplea un segundo anticuerpo fluorescente anti-IgG. La fluorescencia por micropartícula es proporcional a la cantidad de IgG unida

• Se realiza una curva de calibración entre la intensidad media de fluorescencia frente a la capacidad de unión de anticuerpo (ABC)

PROTOCOLO DE MARCAJE

QUIFIKIT

REALIZACIÓN DE LA RECTA ESTÁNDAR

• Unión media bruta (ABC media bruta) relaciona la intensidad de fluorescencia con la capacidad de unión

• Se obtiene la formula de la recta que nos permitirá deducir la ABC media bruta de cada célula a partir de su intensidad de fluorescencia media

RECTA DE REGRESIÓN

log ABC (antigenicbinding capacity)

3 4 5 6

log

MFI

(mea

nflu

ores

cenc

e in

tens

ity)

0

1

2

3

4voltage 453 (r2=0.999)voltage 463 (r2=0.999)

voltage 473 (r2=1)voltage 483 (r2=0.999)voltage 493 (r2=0.999)

1.2) RAINBOW BEADS

Micropartículas con número conocido de moléculas de fluorocromos unidos covalentemente

RAINBOW BEADSPatrón Problema

RAINBOW BEADS

R5

R4

M1M2M3M4M5

M6

M1M2M3M4M5M6

Marker Left, Right Events % Gated Mean CV Peak ChAll 1, 9910 12943 100.00 518.70 128.03 1826M1 1512, 2350 2213 17.10 1826.46 1.80 1826M2 730, 1219 2164 16.72 871.87 2.58 873M3 189, 359 2046 15.81 245.10 3.77 245M4 57, 129 2259 17.45 89.29 5.96 87M5 24, 53 2115 16.34 34.50 8.71 34M6 1, 7 2140 16.53 1.66 38.55 1

Gate: G2 X Parameter: FL1-H FL1-Height (Log)M1

M2

M3M4M5M6


Gate: G2 X Parameter: FL2-H FL2-Height (Log)

M1M2M3M4M5M6


Gate: G2 X Parameter: FL3-H FL3-Height (Log)


Gate: G2 X Parameter: FL4-H FL4 (Log)

CÁLCULO DE LA DENSIDAD ANTIGÉNICA POR CÉLULA

• Asunción: el control negativo tiene cero moléculas del antígeno

Problema: emite fluorescencia inespecífica

• Hay que tener en cuenta el número de fluorocromos por anticuerpo

CÁLCULO DE LA DENSIDAD ANTIGÉNICA POR CÉLULA

• La capacidad de unión específica (ABC específica o neta) es igual a la cantidad de moléculas antigénicas expresadas por cada célula. Experimentalmente se determina como la ABC media para el anticuerpo específico menos la ABC media del control negativo

DIFERENCIACIÓN DE POBLACIONES EN BASE A UNA DETERMINADA MOLÉCULA

• En linfocitos CD4 activados disminuye la intensidad de expresión del correceptor CD4. En linfocitos CD8 activados aumenta la expresión del correceptor CD8

• Activación TCR modulación de CD3

• La apoptosis reduce la expresión de determinados antígenos de linaje

2) CUANTIFICACIÓN DE

CONCENTRACIONES DE

MOLÉCULAS SOLUBLES

FUNDAMENTO

El numero medio de moléculas de citocina capturadas por cada partícula se relaciona con la concentración de la citocina en el sobrenadante

PROTOCOLO

Incubación Lavado

Marcaje

Lavado

DETERMINACIÓN DE CITOCINAS SOLUBLES

Citocina

- +

Citocina

- +SSC

CUANTIFICACIÓN DE CONCENTRACIONES DE MOLÉCULAS

SOLUBLES

• Más rápido y sensible que el ELISA. 90

min. Sensibilidad fentomolar: 10-15 M

• Multiparamétrico

3) ENUMERACIÓN CELULAR

ENUMERACIÓN CELULAR

- Los métodos anteriores proporcionaban una cifra relativa de las células que están proliferando

- Este método ratiométrico permite calcular el número absoluto de células con respecto a las que sembramos inicialmente

CULTIVOS CELULARES

Medio PHA

Células

Tras cultivoTras cultivo

R1

R2

BasalBasal

R2R2

R1R1R1R1

R2R2

R1R1

R2R2

CÉLULAS TCÉLULAS TCÉLULAS BCÉLULAS B

MICROPARTÍCULASMICROPARTÍCULAS

MuerteMuertecelularcelular

CrecimientoCrecimiento



Tras

Cultivo

Apoptosis

Crecimiento

CÁLCULO DEL NÚMERO ABSOLUTO DE CÉLULAS

N0 = concentración celular inicialNt = concentración celular a tiempo t

Nt = (Ratiot / Ratio0) * N0

Ratiot = (Célst / Partículast)Ratio0 = (Céls0 / Partículas0)

t. Partículas = cte.

Nt = (Célst / Céls0) * N0


R1

R8

R1

R8

R1

R8

Células 2000Partículas 2000= = 1

40002000

= 2

10002000

= 0.5

Crecimiento

Apoptosis

Basal

20002000

= 50.000 céls

1 50.000 céls2 xx = 100.000 céls

=

1 50.000 céls0.5 xx = 25.000 céls

=

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ENUMERACIÓN CELULAR

• Centrifugación

• Sedimentación de células y micropartículas

• Número de células y de micropartículas adquiridas

CENTRIFUGACIÓN CELULAR

Número de lavadosNúmero de lavados00 11 22 33

% d

e %

de

recu

pera

ción

recu

pera

ción

celu

lar

celu

lar

00

1010

2020

3030

4040

5050

6060

7070

8080

9090

100100

300 g300 g

200 g200 g

SEDIMENTACIÓN DE CÉLULAS Y MICROPARTÍCULAS

Ratio Céls/Micropartículas Ratio Céls/Micropartículas

0.00.0 .2.2 .4.4 .6.6 .8.8

1.Adquiridas 1.Adquiridas inmediatamenteinmediatamente

Tras 20 minutos:Tras 20 minutos:2. Adquirir2. Adquirir

3. Agitación manual.3. Agitación manual.

4. Vortex4. Vortex

*

*

NÚMERO DE CÉLULAS Y MICROPARTÍCULAS ADQUIRIDAS

Ratio células/partículasRatio células/partículas0.10.1 11 1010

00

22

44

66

88

1010

1212

1414

100100

CV

del

rat

io

CV

del

rat

io

VALIDACIÓN DEL MÉTODO

• Precisión – Coeficiente de variación (CV)

• Sensibilidad– Límite de sensibilidad

• Exactitud– Linealidad

ESTUDIO DE LA PRECISIÓN Y DE LA SENSIBILIDAD

ContadoresContadorescelularescelulares

Células/ml x 10Células/ml x 10-3-311 1010 100100 10001000

CV

(%)

CV

(%)

00

1010

2020

3030

4040

5050

6060

MicroscopíaMicroscopíaCitometríaCitometríade flujode flujo

ESTUDIO DE LA EXACTITUD

ContadoresContadorescelularescelulares

Ratio céls/micropartRatio céls/micropart

00 22 44 66 88 101000

200200

400400

600600

800800

10001000

r= 0.9997r= 0.9997

Nº a

bsol

uto

de c

élul

as x

10

Nº a

bsol

uto

de c

élul

as x

10-3-3

Nº medio deNº medio decélulas x 10células x 10-3-3

00 200200 400400 600600 800800 10001000

r= 0.9891r= 0.9891

Nº medio de célulasNº medio de célulaspor campopor campo

00 1010 2020 3030 4040 5050 6060 7070

r = 0.9956r = 0.9956

MicroscopíaMicroscopíaCitometríaCitometríaDe flujoDe flujo

ENUMERACIÓN DE CÉLULAS APOPTÓTICAS

• Las células apoptóticas se fragmentan en cuerpos apoptóticos

• Las células apoptóticas pierden la expresión de antígenos específicos de linaje.

FRAGMENTACIÓN CELULAR

Una célula apoptótica se fragmenta en varios cuerpos apoptóticos.¿Cuál es el límite en FSC entre las células apoptóticas y los cuerpos apoptóticos?

FRAGMENTACIÓN CELULAR

Aunque se pudiera precisar el límite, perdemos células ya fragmentadas que escapan del gate de análisis.

Perm

eabi

l idad

de

mem

b ran

a

Tamaño celular

INCIDENCIA DE LA APOPTOSIS

PrevalenciaPrevalencia = = apoptóticas /apoptóticas /viablesviables+apoptóticas+apoptóticas = (1/5) = (1/5)

20% = prevalencia de la apoptosis20% = prevalencia de la apoptosis

Incidencia = (Incidencia = (apoptóticasapoptóticas + + fragmentadasfragmentadas+ + pérdidaAgpérdidaAg)) / / totaltotal = (6/10) = (6/10)

60% = incidencia de la apoptosis 60% = incidencia de la apoptosis

INCIDENCIA DE LA APOPTOSIS

(1/10) = 10 % prevalencia (1/10) = 10 % prevalencia

Incidencia = (1/10) 10%

APOPTOSIS TEMPRANA

(4/9) = 44% prevalencia (4/9) = 44% prevalencia

Incidencia (5/10) = 50%

(1/5) =(1/5) =

20 % prevalencia20 % prevalencia

Cuerpos apoptóticosCuerpos apoptóticos

Fragmentacióncelular

Incidencia = 60%

APOPTOSIS TARDÍA

IMPACTO DE LA FRAGMENTACIÓN CELULAR EN LA MEDIDA DE LA APOPTOSIS

Hours of culture0 6 12 18 24

% o

f Apo

ptot

ic c

ells

0

10

20

30

40

50

60

70 Apoptosis incidence Apoptosis prevalence

0 hours0 hours

24 hours24 hours

6 hours6 hours

PÉRDIDA DE ANTÍGENOS PÉRDIDA DE ANTÍGENOS ESPECÍFICOS DE LINAJE (AEL)ESPECÍFICOS DE LINAJE (AEL)

Si las células apoptóticas pierden su AEL, la prevalencia de la apoptosis en la población positiva será menor que su incidencia en la población original

APOPTOSIS INDUCIDA POR CICLOHEXIMIDA

CD3 CD8 CD4 CD190

20

40

60

80

100

AI TOTAL AI HIGH AI MED AI LOW

Porc

enta

je d

e cé

lula

s apo

ptót

icas

ALLBRIGHT

DIMNEG

AEL

MFI061

MFI004

MFI015

Células Células viablesviables

ApotóticasApotóticastempranastempranas

ApoptóticasApoptóticastardíastardías

ApoptóticasApoptóticasintermediasintermedias

CD19 on B-CLL leukemic cells

MFI131

Estudio de la expresión de AEL en células en Estudio de la expresión de AEL en células en diferentes estadios de la apoptosisdiferentes estadios de la apoptosis

Viablecells

EarlyApoptotic

IntermediateApoptotic

LateApoptotic

MFI

20

40

60

80

100

120

140

ESTADIO DE LA APOPTOSIS

PÉRDIDA DE LA INTENSIDAD MEDIA DE FLUORESCENCIA DE ANTÍGENO ESPECÍFICO DE LINAJE (CD19)


CD8

Stage of apoptosisViable EA IA LA

MFI

0

100

200

300

400

500 CD56


MFI

0

50

100

150

200

250

300

PÉRDIDA DE LA INTENSIDAD MEDIA DE FLUORESCENCIA DE ANTÍGENO ESPECÍFICO DE LINAJE (CD8 Y CD56)


Stage of apoptosis Stage of apoptosisCD3


MFI

0

100

200

300

400

500

600CD5


MFI

0

50

100

150

200

PÉRDIDA DE LA INTENSIDAD MEDIA DE FLUORESCENCIA DE ANTÍGENO ESPECÍFICO DE LINAJE (CD3 Y CD5)


Antígeno específico de linajeCD5 CD3 CD8 CD19 CD56

% P

érdi

da d

e an

tígen

o (V

iabl

es-E

A)

0

20

40

60

80

100

PORCENTAJE DE PÉRDIDA DE AEL ENTRE LAS CÉLULAS VIABLES Y LAS APOPTÓTICAS TEMPRANAS (EA)

REPERCUSIÓN EN LA INCIDENCIA DE LA REPERCUSIÓN EN LA INCIDENCIA DE LA APOPTOSIS DE LA FRAGMENTACIÓN APOPTOSIS DE LA FRAGMENTACIÓN

CELULAR Y DE LA PÉRDIDA ANTIGÉNICACELULAR Y DE LA PÉRDIDA ANTIGÉNICA

APOPTÓTICAS + NEGATIVAS + FRAGMENTADAS___________________________________________________________VIABLES + APOPTÓTICAS + NEGATIVAS + FRAGMENTADAS

≤≤

AIAPOPTÓTICAS

VIABLES + APOPTÓTICAS

_________________________________=

REPERCUSIÓN EN LA INCIDENCIA DE LA REPERCUSIÓN EN LA INCIDENCIA DE LA APOPTOSIS DE LA FRAGMENTACIÓN APOPTOSIS DE LA FRAGMENTACIÓN

CELULAR Y DE LA PÉRDIDA ANTIGÉNICACELULAR Y DE LA PÉRDIDA ANTIGÉNICA

APOPTÓTICAS

VIABLES + APOPTÓTICAS

APOPTÓTICAS + NEGATIVAS + FRAGMENTADAS

VIABLES + APOPTÓTICAS + NEGATIVAS + FRAGMENTADAS

≤≤

2

6 + 2

2 + 1 + 3

6 + 2+ 1 + 3= 0.25 = 0.5<<

AR vs. AI

Subpoblación linfocitariaCD19CD19 CD56CD56 CD8CD8 CD4CD4 CD3CD3

% d

e cé

lula

s apo

ptót

icas

0

20

40

60

80

100AI AR

4) NUEVOS MÉTODOS DE

MARCAJE

4) NUEVOS MÉTODOS DE MARCAJE

4.1 Marcaje de receptores con ligandos fluorescentes

4.2 Marcajes intracelulares

4.3 Marcajes de proteínas totales

4.1) MARCAJE DE

RECEPTORES CON LIGANDOS

FLUORESCENTES

4.1) MARCAJE DE RECEPTORES CON LIGANDOS FLUORESCENTES

• Estudio de receptores con ligandos solubles (citocinas, factores de crecimiento). Para medir la capacidad de unión de ligando por célula individual.

• Se emplean ligandos marcados con moléculas fluorescentes

• Buffer de marcaje especiales optimas para unión del ligando a su receptor específico


Ligando-FITC


Ligando-FITC

Ligando


Ligando-FITC

Dominio de unión


Ligando-FITC

Unión inespecífica

4.2) MARCAJE DE MOLÉCULAS

INTRACELULARES

4.2) MARCAJE DE MOLÉCULAS INTRACELULARES

• Mitocondriales (Bcl-2, Apo-2) de gránulos de secreción (citocinas, perforinas, granzimas)

• Detección de receptores presentes en citoplasma pero no expresados en superficie

• Caracterización multiparamétrica de las células que producen las citocinas en poblaciones de células mononucleares

4.2) MARCAJE DE MOLÉCULAS INTRACELULARES

• Permite el estudio de gran número de células y realizar medidas estadísticamente significativas:– 10 → error = 33%– 100 → error = 10%– 10.000 → error=1%

• Aporta información sobre producción de citocinas por células individuales caracterizadas por inmunofenotipo

LIMITACIONES DE LAS TÉCNICAS DE MARCAJE INTRACELULAR• Sensibilidad limitada:

– cantidad mínima de citocina detectable en cada célula – frecuencia mínima de células positivas discriminable

del fondo

• Para marcar intracelularmente hay que matar las células

SENSIBILIDAD

SOLUCIONES CANTIDAD MÍNIMA DE CITOCINA DETECTABLE EN CADA CÉLULA

• Anticuerpos marcados con APC para aumentar la intensidad de fluorescencia media por célula

• Aumentar el número de fluorocromos por anticuerpo

• Inhibidores del transporte celular para aumentar las concentraciones intracelulares

FRECUENCIA DE CÉLULAS POSITIVAS DISCRIMINABLES

+S, -E -S, +E

AMPLIFICACIÓN ENZIMÁTICA DEL MARCAJE INTRACELULAR• Se marcan las células con anticuerpos conjugados

con peroxidasa de rábano (HRP)• La HRP produce radicales inestables tiramina

conjugados con biotina que se depositan alrededor del lugar de catálisis

• La adición de estreptavidina conjugada con HPR amplifica la señal

• Se incrementa 15 veces la relación señal-ruido

AMPLIFICACIÓN CATALÍTICA DEL MARCAJE INTRACELULAR (CARD)

Sustrato

Radical tiramina

Tiramina

+

Biotina

HPR

AMPLIFICACIÓN CATALÍTICA DEL MARCAJE INTRACELULAR (CARD)

Estreptavidina-HPR

+

EXPRESIÓN EN MEMBRANA DE CITOCINAS

• IL-10 e IFN se expresan en membrana plasmática en un número bajo de copias (<300 copias/membrana)

• Sistemas de amplificación– Liposomas magneto-fluorescentes 1 x 105

IL-10 2.3 34.8IFN 12.5 12.5

EXPRESIÓN EN MEMBRANA DE CITOCINAS

IL-10 2.3 34.8IFN 12.5 12.5

MARCAJE EXTRACELULAR CON ANTICUERPOS BIESPECÍFICOS• Uso de anticuerpos biespecificos anti-

CD45-anti-citocina para la captura de las citocinas producidas por células individuales

• Se pueden fabricar también con fragmentos Fab

MARCAJE EXTRACELULAR CON ANTICUERPOS BIESPECÍFICOS

CD45 Anti-citocina Citocina

MARCAJE EXTRACELULAR CON ANTICUERPOS BIESPECÍFICOS

• Permite la separación de las células viables productoras de una citocina determinada por FACS o por separación inmunomagnética

• Estas células se pueden analizar por otros métodos o cultivarse para obtener clones

4.3) MARCAJE DE PROTEÍNAS

TOTALES

RELACIÓN ENTRE LA PROLIFERACIÓN CELULAR Y LA APOPTOSIS

Proliferación

Todas se dividenuna vez

1 cél. apoptosis1 se divide 3 veces

½ apoptosis½ se dividen 2 veces

HISTORIAL DE DIVISIONES: CFSE

- Carboxifluorescein diacetato succinimidil ester (CFSE)

- Sonda fluorescente que se une a proteínas intracelulares

y que se reparte por igual entre las células hijas

HISTORIAL DE DIVISIONES: CFSECFSE

XX

Fluorescencia / célulaFluorescencia / célula

X / 2X / 2 X / 4X / 4

DespuésDespuésdel cultivodel cultivoBasalBasal

M1

MARCAJE CON CFSE

CULTIVOS CELULARES

Medio PHA

Células


R2R3

No proliferantes

Proliferantes


PHA+IL-2

Nº de divisiones celulares0 1 2 3 4

FSC

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600


Combinación con antígenos de superficie:

relación procesos de diferenciación con procesos

de proliferación

PHA

PHA +

IL-2

R2

R2

3% 59%

38%

3% 53%

44%

3 días de cultivo

PHA

PHA +

IL-2

R2

R2

23% 48%

29%

15% 48%

37%

5 días de cultivo

PHA

PHA+

IL-2

R2

R2

71% 19%

10%

37% 40%

23%

7 días de cultivo

MARCAJE CON CFSE

• Estudios in vivo

• Estudios ex vivo

• Estudios in vitro

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