Cytiva智荟专线400-810-9118,2号键#智荟锦囊Ficoll-Paque密度梯度介质组成及机理浅析1968年,Boyum, A1,2开发了一种简单快速的离心技术,通过在Cytiva Ficoll PM400试剂中加入Nyegaard & Co公司的IsoPaque(甲泛影酸钠)3,制备成密度梯度介质,用于人外周血中单个核细胞(Peripheral Blood Mononuclear Cells,PBMCs)的分离,并逐渐测试用于不同物种4以及样品来源,也就是Cytiva Ficoll-Paque密度梯度离心介质的原型。随即1976年,Cytiva发布了即开即用型的Ficoll-Paque PLUS密度介质,由Ficoll PM400、泛影酸钠、EDTA和水组成4。Ficoll PM400可以单独购买,是由蔗糖与表氯醇共聚反应产生的聚蔗糖,水溶性佳,粘度低从而利于样品快速沉降,渗透压低因此不影响细胞密度及生理状态6。Ficoll-Paque的密度和渗透压则主要由泛影酸钠提供,其见光易分解,需避光保存。Ficoll-Paque PLUS的主要性质:密度:20℃,1.077±0.001 g/ml。渗透压:288-310 mOsm/kg。内毒素:LAL鲎试剂检测,内毒素很低(<0.12 EU/mL)。无菌状态:灌装后高压蒸汽灭菌,121℃ F0最少15分钟。储存条件:未开封状态下,4-30℃可避光保存三年。开封后需保存在4-8℃。根据斯托克斯定律,颗粒的沉降速率v,和颗粒直径(d)、样品密度(ρp)和溶液密度(ρl)之差成正比;与溶液的粘稠度(η)成反比。当不同细胞经过同一密度离心介质,不同颗粒直径和密度的细胞,沉降速率不同,从而被分开。图1:颗粒沉降速率公式7Boyum, A等4根据多年文献报道以及实践经验,绘制出外周血各个细胞组分的密度分布,如图2。按照密度从低到高排序依次为:单核细胞、淋巴细胞、嗜碱性粒细胞、嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、红细胞,注意不同类型细胞均存在一定范围内的密度分布且存在交叉。图2:人外周血中细胞密度分布图将稀释后的外周血或血细胞8,9小心地铺到Ficoll-Paque PLUS密度梯度介质上面,启动离心时,上层血液中的细胞沉降至血液/Ficoll-Paque PLUS界面,从而和PM 400接触。在室温下,Ficoll PM 400可以有效的促进红细胞聚集,从而加速红细胞的沉降,使其沉淀在管底5。根据密度差异,从下往上各层细胞分布依次为:红细胞、粒细胞、Ficoll-Paque层、单个核细胞层、血浆层,如图3。其中研究最多的是单个核细胞层(mononuclear cells,MNCs),血液样品即为PBMCs,包括单核细胞(monocytes)及淋巴细胞,离心后位于血浆与Ficoll-Paque层之间,也叫白膜层;部分客户也会回收Ficoll-Paque PLUS层之下的组分,通过裂红试剂去除红细胞,回收粒细胞用于研究5。图3:Ficoll-Paque密度梯度介质用于外周血单个核细胞PBMCs的分离。左图:将稀释后的血液小心铺在Ficoll-Paque密度梯度介质上。中间图:离心后出现分层,单个核细胞出现在血浆与Ficoll-Paque层之间,也叫白膜层。右图:吸弃顶端的血浆或储存备用,用移液管等小心吸取回收白膜层。Ficoll-Paque密度梯度介质应用汇总2005 年,Cytiva发布了Ficoll-Paque PREMIUM,密度和经典的Ficoll-Paque PLUS同样为1.077 g/mL。Ficoll-Paque Premium是在严格控制的环境下生产的,符合ISO 13485:2003,符合欧盟委员会GMP 指南无菌药品生产要求,依从美国药典章节<1043>的相关规定,因此推荐用作临床研究和细胞治疗5,提供RSF法规支持文件。为了拓展应用,2007年12月Cytiva又发布了Ficoll-Paque PREMIUM 1.084和Ficoll-Paque PREMIUM 1.073。不同密度梯度离心介质的应用总结,如表1。表1:不同Ficoll-Paque密度梯度离心介质的应用分类5据此,智荟专线将分期为大家解读Ficoll-Paque密度梯度离心介质的不同应用: 1 典型应用的特殊情况:Ficoll-Paque分离”病人”外周血PBMCs的注意事项 2 Ficoll-Paque分离肿瘤浸润淋巴细胞(TILs) 3 Ficoll-Paque分离循环肿瘤细胞(CTCs) 4 Ficoll-Paque PREMIUM 1.073用于分离人间充质干细胞Ficoll-Paque使用注意事项请参考微文:☞ 智荟锦囊之细胞分离液Ficoll知多少?PBMCs分离应用中病人样本的特殊性本期,我们将首先为大家解读人外周血PBMCs分离应用中,病人样本的特殊性。在感染性疾病中,白细胞(包括单核细胞、淋巴细胞以及粒细胞)的特征性变化,对于研究发病机理及治疗非常重要15。以脓毒症为例,根据2016年国际共识16,脓毒症被定义为由感染引起的宿主反应失调,造成危及生命的器官功能障碍。其发病机理尚未完全明确,免疫病理学研究对其分子内型界定、发展新的治疗策略以及患者护理至关重要17 ,这其中,外周血PBMCs样本必不可少。2008年,EricaL. T. van den Akker等18研究了使用Ficoll-Paque PLUS(1.077 g/mL)分离健康人和脓毒症病人血液中白细胞的典型特征。样品来自4位健康人(无急性和慢性疾病,年龄51、36、21、3岁)和3位脓毒症病人(诊断24小时内取样,不含嗜中性白血球减少症及免疫抑制疗法样本),如表2。表2:3位病人样本概况。三者的白细胞数量均有上升,尤其是病人1。从分化数据来看,淋巴细胞都有不同程度的降低。均有未成熟粒细胞-杆状核细胞(band cells)和髓细胞(myelocytes)的出现13。参考Ficoll-Paque PLUS标准操作流程,使用肝素抗凝管(直径10 mm)采集5 mL新鲜血液,生理盐水进行2倍稀释,小心地铺到10 mL Ficoll-Paque PLUS溶液上。20℃,400 g离心20 min。取白膜层即获得单个核细胞,包括单核细胞和淋巴细胞;回收Ficoll-Paque以下细胞层,加入10 mL氯化铵裂红试剂,冰上30 min裂解红细胞,获得粒细胞。二者均使用生理盐水离心(850 g,5 min)清洗两次,台盼蓝染色显示活细胞比例高于95%。 将分离得到的白膜层MNCs及底层粒细胞,使用anti-CD14以及anti-CD45抗体进行标记,并进行流式细胞术(FACS)分析。结果如图1所示,左侧为1位健康人样本(无任何急性和慢性疾病),右侧为脓毒症病人1的样本。相对于健康人,病人样本在中间白膜层(interface)出现了明显的粒细胞(R3)污染。 图4:健康人以及脓毒症病人(分别取一个血样)流式细胞术结果图。使用Ficoll-Paque PLUS 1.077分离白膜层外周血单核细胞(interface,图a)以及底部粒细胞(bottom fraction, 图b,已裂红),anti-CD14以及anti-CD45抗体进行标记。R1:橘色,CD45-,如血小板或红细胞。R2:绿色,CD14+,单核细胞。R3:粉色,CD45弱阳,粒细胞。R4:蓝色,CD45强阳,淋巴细胞。将4位健康人和3位病人样本的流式结果汇总后,分析白膜层和底层的细胞分布及比例,如图5。图5:4位健康人和3位病人血样,使用Ficoll-Paque PLUS 1.077分离白膜层外周血单核细胞(interface,图a)以及底部粒细胞(bottom fraction, 图b,已经过裂红处理)后,进行FACS检测, 计算得到不同类型细胞的百分比。4位健康人取平均值作为control。灰色:淋巴细胞;蓝色点:单核细胞;白色:粒细胞。结果显示:白膜层MNCs:健康人样本中含有88-100%的MNCs,只有0-12%(Ave. 11%)的粒细胞。但是,病人样本中含有11–52%单个核细胞MNCs以及48–89%(Ave. 62%,p=0.007)的粒细胞,并具有个体差异12。管底部分离到的粒细胞纯度高,且在健康人(92–98%)和病人(97–99.8%)之间无显著差异,可以用于后续研究。通过Cytospin实验,将单层细胞沉积到载玻片上,使用May-Grünwald-Giemsa染色(MGG染色),显微镜下检测白细胞分化,一方面佐证了FACS的结果,另外发现,脓毒症病人白膜层以及管底部分离的粒细胞,均含有未成熟的粒细胞,即4-21%的杆状核细胞和髓细胞,其余为成熟的多形核粒细胞(Polymorphonuclear Leukocytes, PMNs)。相反地,健康人样品中,则只有成熟的PMNs,基本没有检出未成熟形态粒细胞15或比例非常低(0.4 – 1.6%)17。对于成熟粒细胞的分离,CD16和CD11b作为常用标记物,可用于磁珠分选19。综上,在病人样品中,一方面脓毒症造成淋巴细胞绝对数量的减少,即脓毒症相关的淋巴细胞减少症(SALT)17;另一方面由于疾病诱导的应力反应,部分粒细胞为未成熟状态,密度较低而停留在白膜层中。因此,造成白膜层粒细胞污染较多,单个核细胞比例显著降低。在动物中也有类似情况,猪瘟也会造成Ficoll-Paque分离的猪血液样本中,白膜层中出现未成熟粒细胞的污染20。由于未成熟粒细胞的大小和密度有差异,它们通过Ficoll密度介质的行为不同3,较难通过密度梯度进一步分离。2010年Sergey N Preobrazhensky等21发现,将10例健康人的血液先使用氯化铵裂红,剩余的白细胞程序降温并冷冻保存在-80度,3个月后进行密度梯度分离,白膜层中有明显的粒细胞污染。使用anti-CD15抗体进行FACS分析,发现每例冷冻白细胞样本中,粒细胞CD15抗原表达均显著高于MNCs。后续,作者尝试将冷冻后的样本先使用anti-CD15磁珠孵育,再进行分离,则白膜层几乎没有粒细胞。作者建议类似操作推广到其它白膜层会出现粒细胞污染的样品中,包括前述脓毒症患者以及热力烧伤(白膜层有40%粒细胞污染)22等病人样品,以及长时间室温保存血样中23,24。类似问题还出现在慢性感染9,25,26、自身免疫性疾病27、病毒感染(如COVID-19)33、健康妊娠人群28中,都发现有更低密度的粒细胞存在。CD15也是中性粒细胞的分子标记,在中性粒细胞、嗜酸性粒细胞表面以及部分单核细胞表面都有表达。2021年Judith Schenz等17证实,使用密度梯度介质分离脓毒症病人外周血PBMCs后,通过anti-CD15磁珠分选可以有效去除白膜层中的低密度粒细胞,其表现为未成熟的中性粒细胞特征18并具有髓源性免疫抑制功能,且在重症患者中比例更高29。进一步实验证实,anti-CD15磁珠分选不影响剩余PBMCs的功能,如细胞表面CD分子表达、线粒体超氧化物ROS表达(细胞没有被进一步活化)、单核细胞表面 HLA-DR表达(抗原递呈功能)、刺激后细胞因子分泌。Cytiva细胞治疗整体解决方案通过Ficoll-Paque密度梯度离心介质,从健康人或病人样本中分离得到的PBMCs细胞,还可以进一步使用磁珠或流式分选、细胞因子刺激、贴壁培养等方法筛选特定的细胞类型,如T淋巴细胞30、NK细胞31,32等。Cytiva提供自动化、全封闭、符合GMP要求的全流程解决方案,如图6:搭配Ficoll-Paque密度梯度介质,全自动、封闭细胞处理系统Sepax C-Pro,可用于细胞分离富集、磁珠孵育、病毒离心感染、细胞浓缩,洗涤、稀释和分装,适用于小于1 L样品。2024年上市的Sefia Select系统:整合了Sefia S-2000系统(类似Sepax C-Pro,增加了温控和取样模块,单次最大处理量可达10 L)以及磁力分离模块, 实现细胞分离富集、磁珠孵育与分选、细胞收获与制剂分装自动化。2024年上市的Sefia expansion系统,用于细胞的激活、转导和扩增培养。同时,Cytiva还推出了开创性的ELEVECTA稳转细胞系,用于AAV的生产。用于免疫细胞大量扩增的Xuri W25波浪式生物反应器,培养体积300 mL-25 L,低剪切力,可灌流。用于细胞复苏的VIA Thaw,用于程序性降温冷冻的VIA Freeze。HyClone经典培养基、Xuri T细胞扩增培养基以及Xuri IL-2、IL-15、IL-21生长因子。Chronicle自动化软件,为全自动云端管理系统,帮助实现数字化制造执行系统(MES)。图6:Cytiva细胞治疗整体解决方案如果大家对产品和技术感兴趣,请拨打下方「智荟专线」联系我们!智荟专线:400-810-9118(转1号线询价购买或2号线技术支持)相关试剂货号:想要了解更多关于Ficoll-Paque中文数据文件、操作说明书、中文操作技术手册以及Cytiva细胞治疗整体解决方案扫描下方二维码即刻下载参考文献1. 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