CZ297482B6 - Use of macarpine for classification of cells by flow cytometry - Google Patents

Use of macarpine for classification of cells by flow cytometry Download PDF

Info

Publication number
CZ297482B6
CZ297482B6 CZ20050363A CZ2005363A CZ297482B6 CZ 297482 B6 CZ297482 B6 CZ 297482B6 CZ 20050363 A CZ20050363 A CZ 20050363A CZ 2005363 A CZ2005363 A CZ 2005363A CZ 297482 B6 CZ297482 B6 CZ 297482B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
cells
macarpine
dna
distinction
fluorescence
Prior art date
Application number
CZ20050363A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2005363A3 (en
Inventor
Slaninová@Iva
Sinkora@Jirí
Táborská@Eva
Slanina@Jirí
Slavík@Jirí
Original Assignee
Masarykova Univerzita V Brne
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Masarykova Univerzita V Brne filed Critical Masarykova Univerzita V Brne
Priority to CZ20050363A priority Critical patent/CZ2005363A3/en
Publication of CZ297482B6 publication Critical patent/CZ297482B6/en
Publication of CZ2005363A3 publication Critical patent/CZ2005363A3/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

The present invention relates to the use of macarpine as a supravital probe for measuring presence and/or content of nucleic acids in cell suspensions analyzed by flow cytometers and the like analyzers. Intracellular bond of macarpine to nucleic acid enables distinction of erythrocytes, reticulocytes and leukocytes of marrow and peripheral blood in both animals and humans without detection of expression of differentiating marks. It enables distinction of individual cycle stages of cells with intact cytoplasmatic membrane. The distinction can be also made on simple flow cytometers provided with excitation source in blue-green spectrum region. Macarpine can be also used as a supravital fluorescent probe in combination with common as well as less traditional fluorochromes at simultaneous multicolor immune phenotypization and quantification of DNA by the flow cytometer. The invented method represents a quick, non-destructive diagnostic and separation process enabling objective distinction and classification of individual types of both animal and vegetable cells.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká použití makarpinu ke klasifikaci buněk průtokovou cytometrií na základě supravitální identifikace a kvantifikace nukleových kyselin (DNA a/nebo RNA) jejich zviditelněním v nepermeabilizovaných buňkách, s možností paralelní imunofenotypizace. Vazba makarpinu k nukleovým kyselinám v intaktních buňkách umožňuje v řádu vteřin po jeho přidání rozlišení erytrocytů, retikulocytů a leukocytů kostní dřeně a periferní krve bez detekce exprese povrchových znaků při měření na standardních průtokových cytometrech vybavených excitačním zdrojem v modrozelené oblasti spektra (standardně o vlnové délce 488 nm) a třemi detektory fluorescence s běžnou soupravou emisních filtrů. Emisní spektrální charakteristika makarpinu vázaného k nukleovým kyselinám umožňuje současnou detekci fluorescence makarpinu vedle fluorescence některých běžných fluorochromů, např. izothiokyanátu fluoresceinu (FITC) na cytometrech s jedním zdrojem a dále allophycocyaninu (APC) a jeho tandemu s Cy7 (APC-Cy7) na cytometrech se dvěma zdroji (standardně 488, 633 nebo 635 nm) eventuelně Pacific Blue a Cascade Yellow při možnosti excitace ve fialové oblasti spektra (např. lasery o vlnové délce 405 nm). Vazebné a emisní vlastnosti makarpinu dále umožňují semikvantitativní stanovení obsahu DNA v intaktních buňkách.The invention relates to the use of macarpine to classify cells by flow cytometry based on supravital identification and quantification of nucleic acids (DNA and / or RNA) by their visibility in non-permeabilized cells, with the possibility of parallel immunophenotyping. Binding of macarpine to nucleic acids in intact cells allows resolution of erythrocytes, reticulocytes and leukocytes of bone marrow and peripheral blood within seconds after its addition without detecting the expression of surface features when measured on standard flow cytometers equipped with an excitation source in the blue-green spectrum (488 standard wavelength) nm) and three fluorescence detectors with a common set of emission filters. The emission spectral characterization of macarpine bound to nucleic acids allows simultaneous detection of fluorescence of macarpine in addition to the fluorescence of some common fluorochromes, eg fluorescein isothiocyanate (FITC) on single source cytometers and allophycocyanin (APC) and its tandem with Cy7 (APC-Cy7) two sources (488, 633 or 635 nm by default), possibly Pacific Blue and Cascade Yellow with the possibility of excitation in the violet region of the spectrum (eg lasers with a wavelength of 405 nm). Furthermore, the binding and emission properties of macarpine allow semi-quantitative determination of DNA content in intact cells.

Stav technikyState of the art

Průtoková cytometrie využívá princip rozptylu světla, excitace a emise fluorochromních molekul k získání víceparametrických dat z mikroskopických částic a buněk. Při této metodě jsou buňky hydrodynamicky soustředěny do tenkého proudu v kapiláře, kterou protékají vysokou rychlostí, přičemž jsou ozařovány monochromatickým koherentním zářením, nejlépe z laseru. Jedinečnost průtokové cytometrie spočívá v tom, že na rozdíl od spektrofotometrie, která měří sumární absorpci nebo transmisi, lze s její pomocí měřit fluorescenci každé částice nebo buňky zvlášť. Před vlastním měřením se na studovaný objekt může navázat fluorescenční barvivo, označované jako fluorescenční sonda nebo fluorescenční značka. Optické systémy průtokového cytometru a jeho funkce jsou známé a jsou popsány např. v US 6 248 590 nebo US 2004/145725. Ozáříme-li fluorescenční barvivo studovaného objektu, který prochází cytometrem, světlem vhodné vlnové délky, dojde kjeho excitaci, tj. k přechodu elektronů na vyšší energetickou hladinu. Excitovaný stav je však nestabilní a elektrony se vzápětí vrací zpět do původního, základního stavu. Tento přechod bývá doprovázen uvolněním tepelné a světelné energie - fluorescence, jejíž vlnová délka závisí na hladině energetického přeskoku. Protože část energie se ztrácí ve formě tepla, má vyzářené světlo delší vlnovou délku, než původní excitační záření. Vhodně zvolenou kombinací filtrů lze pak obě záření oddělit a fluorescenci pomocí průtokového cytometru měřit. Intenzita fluorescence jednotlivých buněk pak odpovídá počtu struktur, které na sebe fluorescenční barvivo vážou. Rozptyl světla ve směru souběžném se směrem paprsku, vycházejícího ze zdroje světla, umožňuje hodnotit velikost buněk, rozptyl světla ve směru kolmém na paprsek je charakteristický pro granularitu (vnitřní strukturu) buněk.Flow cytometry uses the principle of light scattering, excitation and emission of fluorochromic molecules to obtain multi-parameter data from microscopic particles and cells. In this method, the cells are hydrodynamically concentrated into a thin current in the capillary, which flows through at high speed, irradiated with monochromatic coherent radiation, preferably from a laser. The uniqueness of flow cytometry lies in the fact that, unlike spectrophotometry, which measures total absorption or transmission, it can measure the fluorescence of each particle or cell separately. Prior to measurement, a fluorescent dye, referred to as a fluorescent probe or fluorescent label, may be attached to the object to be studied. Flow cytometer optical systems and its functions are known and are described, for example, in US 6,248,590 or US 2004/145725. If we irradiate the fluorescent dye of the studied object, which passes through the cytometer, with light of a suitable wavelength, its excitation occurs, ie the transition of electrons to a higher energy level. The excited state, however, is unstable and the electrons immediately return to their original, basic state. This transition is accompanied by the release of thermal and light energy - fluorescence, the wavelength of which depends on the level of energy jump. Since some of the energy is lost in the form of heat, the light emitted has a longer wavelength than the original excitation radiation. By suitably selected combination of filters, both radiation can be separated and the fluorescence measured by a flow cytometer. The fluorescence intensity of the individual cells then corresponds to the number of structures that bind the fluorescent dye. Light scattering in a direction parallel to the direction of the beam coming from the light source makes it possible to assess the cell size, light scattering in the direction perpendicular to the beam is characteristic of the granularity (internal structure) of the cells.

Použití metody je velice všestranné, v biologii jde např. o stanovení obsahu jaderné DNA, určení ploidie, analýzu buněčného cyklu, studium genové exprese, počítání a určení typu krevních buněk, detekci a charakterizaci mikroorganismů, třídění požadovaných částic, atd.The use of the method is very versatile, eg in the field of nuclear DNA determination, ploidy determination, cell cycle analysis, gene expression study, blood cell counting and determination, detection and characterization of microorganisms, sorting of required particles, etc.

Hlavními výhodami, průtokové cytometrie jsou: jednoduchá příprava vzorků, velká rychlost analýz velkých souborů jednotlivých buněk nebo částic, nedestruktivnost, snadná detekce subpopulací částic a také relativně nízké finanční náklady na provedení analýzy jednoho vzorku.The main advantages of flow cytometry are: simple sample preparation, high speed analysis of large sets of single cells or particles, non-destructivity, easy detection of particle subpopulations, as well as relatively low cost of single sample analysis.

Kvalitu výsledku, kromě výběru a přípravy vlastního pozorovaného objektu a optického systému, zásadně ovlivňuje volba fluorescenčního barviva. Je vhodné, aby se zvolená látka vázala speciCZ 297482 B6 ficky (nebarvila i jiné objekty) a kvantitativně (tj. množství navázaného barviva bylo přímo úměrné množství objektů). V současné době je známo mnoho druhů fluorescenčních barviv. Jako fluorescenční barviva se používají molekuly, obsahující konjugované dvojné vazby a volné elektronové páry, které lze snadno a koordinovaně excitovat a které se také rychle vracejí zpět na 5 nižší energetickou hladinu. Jde o aromatické sloučeniny a aromatické heterocykly, zpravidla s více kondenzovanými kruhy, jejichž π-elektrony jsou delokalizovány v orbitalech nad a pod rovinou planámí molekuly.In addition to the selection and preparation of the observed object and optical system, the quality of the result is fundamentally influenced by the choice of fluorescent dye. It is desirable that the selected substance binds specifically (does not stain other objects) and quantitatively (i.e. the amount of bound dye is proportional to the number of objects). Many types of fluorescent dyes are currently known. As fluorescent dyes, molecules containing conjugated double bonds and free electron pairs are used which can be excited easily and in a coordinated manner and which also quickly return to a lower energy level. They are aromatic compounds and aromatic heterocycles, usually with multiple condensed rings, whose π-electrons are delocalized in orbitals above and below the plane of the plane of the molecule.

Jako fluorescenční barviva se používají fluoresceiny, rhodaminy, kumariny, pyreny, apod. Pou10 žití ethidium bromidu při výzkumu DNA popisuje například US 6 143 151, použití při detekci vnitrobuněčných bakterií ve vzorcích krve US 4 508 821. V US 6 107 030 je pro barvení při výzkumu DNA použito barvivo Hoechst 33258. S výhodou se při cytometrii používají i kombinace známých nebo nových fluorescenčních barviv. Trojbarevné činidlo obsahující 7-aminoactinomycin D (7-AAD), fluoresceinizothiokyanát (FITC) a phycoerythrin (PE) používané 15 v trojbarevné cytometrii pro měření počtu CD4 pozitivních lymfocytů popisuje patentový dokument US 2004/110122. Použití dvojice barviv Cy7 a allophycocyaninu popisuje US 5 714 386.Fluoresceins, rhodamines, coumarins, pyrenes, etc. are used as fluorescent dyes. The use of ethidium bromide in DNA research is described, for example, in U.S. Pat. No. 6,143,151, for use in the detection of intracellular bacteria in blood samples of U.S. Pat. No. 4,508,821. Hoechst 33258 dye was used in DNA research. Combinations of known or new fluorescent dyes are also preferably used in cytometry. A tri-color reagent containing 7-aminoactinomycin D (7-AAD), fluorescein isothiocyanate (FITC), and phycoerythrin (PE) used in 15-color cytometry to measure the number of CD4 positive lymphocytes is disclosed in US 2004/110122. The use of a pair of Cy7 dyes and allophycocyanin is described in US 5,714,386.

Jako supravitální sondy se označují fluorochromy, které spontánně procházejí nepoškozenou cytoplazmatickou membránou buněk a v intracelulámím prostoru se po navázání na specifické struktury, například nukleové kyseliny, mění výtěžek jejich fluorescence a spektrální charakteris20 tiky. Supravitálních sond lze využít ke kvalitativní a/nebo kvantitativní detekci např. obsahu nukleových kyselin v buňkách bez nutnosti opracování buněk fixačními a permeabilizačními činidly. Příkladem supravitálních sond na DNA jsou již dříve zmíněný Hoechst 33258 nebo LDS-751. Dosud nebyla popsána supravitální sonda, kterou by bylo možno použít na průtokových cytometrech s excitační vlnovou délkou přibližně 488 nm (v modrozelené oblasti spektra) a 25 která by umožňovala (semi)kvantitativní určení obsahu nukleových kyselin jednotlivých buněk.Supravital probes are fluorochromes that spontaneously pass through the intact cytoplasmic membrane of cells and, upon binding to specific structures, such as nucleic acids, change their fluorescence yield and spectral characteristics in the intracellular space. Supravital probes can be used to qualitatively and / or quantitatively detect, e.g., the nucleic acid content of cells without the need to treat the cells with fixation and permeabilizing agents. Examples of supravital DNA probes are the previously mentioned Hoechst 33258 or LDS-751. To date, a supravital probe that can be used on flow cytometers with an excitation wavelength of approximately 488 nm (in the blue-green region of the spectrum) and 25 that allows (semi) quantitative determination of the nucleic acid content of individual cells has not been described.

Makarpin (I) je benzo[c]fenanthridinový alkaloid (5,7-dimethoxy-13-methyl[l,3]benzodioxolo[5,6-c]-l,3-dioxolo[4,5-i]fenanthridin), který byl poprvé izolován Slavíkem z kořene rostlinného druhu Macleaya microcarpa v roce 1955 (Slavík, J., Slavíková, L., Collect. Czech. Chem. 30 Commun. 20, 356 (1955). Později byl nalezen i v dalších druzích čeledi Papaveraceae. (Slavík,Makarpin (I) is a benzo [c] phenanthridine alkaloid (5,7-dimethoxy-13-methyl [1,3] benzodioxolo [5,6-c] -1,3-dioxolo [4,5-i] phenanthridine), which was first isolated by Nightingale from the root of the plant species Macleaya microcarpa in 1955 (Nightingale, J., Slavikova, L., Collect. Czech. Chem. 30 Commun. 20, 356 (1955). Later, it was found in other Papaveraceae (Nightingale,

J., Slavíková, L., Appelt, J. Collect. Czech. Chem. Commun. 30, 887 (1965), Slavík, J. Collect. Czech. Chem. Commun. 26, 2933 (1961), Slavík, J., Hanuš, V., Slavíková, L. Collect. Czech Chem. Commun. 56, 1116 (1991). Bylo rovněž popsána úplná syntéza tohoto alkaloidu (Ishikawa T., Saito T., Ishii H. Tetrahedron 51, 8447 (1995). V německém patentu DE 3835632, bylo 35 popsáno použití makarpinu pro značení nukleových kyselin při fluorescenční spektroskopii a mikroskopii.J., Slavikova, L., Appelt, J. Collect. Czech. Chem. Commun. 30, 887 (1965), Slavik, J. Collect. Czech. Chem. Commun. 26, 2933 (1961), Slavik, J., Hanus, V., Slavikova, L. Collect. Czech Chem. Commun. 56, 1116 (1991). A complete synthesis of this alkaloid has also been described (Ishikawa T., Saito T., Ishii H. Tetrahedron 51, 8447 (1995). In German patent DE 3835632, the use of macarpine for labeling nucleic acids in fluorescence spectroscopy and microscopy has been described.

och3 (I)and 3 (I)

Benzofenanthridinové alkaloidy tvoří početnou skupinu látek, které nacházejí uplatnění v mnoha farmaceutických oborech. Jejich antibakteriální a antifungální účinky popisuje například US 5 395 615. Způsob separace jednotlivých benzofenanthridinových alkaloidů z extraktu popisuje US 5 133 981.Benzophenanthridine alkaloids are a large group of substances which find application in many pharmaceutical fields. Their antibacterial and antifungal effects are described, for example, in US 5,395,615. A method for separating individual benzophenanthridine alkaloids from an extract is described in US 5,133,981.

-2CZ 297482 B6-2GB 297482 B6

Předmět vynálezuObject of the invention

Bylo zjištěno, že ve směsích jaderných a bezjademých buněk jako jsou periferní krev, biopsie kostní dřeně a obecně suspenze buněk připravené z výrazně prokrvených orgánů, umožňuje makarpin odlišení erytrocytů od leukocytů a dalších jaderných buněk při současné možnosti vícebarevné povrchové imunofenotypizace na průtokových cytometrech, vybavených jedním nebo více excitačními zdroji. Spektrální charakteristiky makarpinu vázaného na RNA a/nebo DNA navíc umožňují rozlišit erytrocyty, retikulocyty a leukocyty kostní dřeně a periferní krve bez detekce exprese povrchových znaků i na jednoduchých průtokových cytometrech vybavených jedním excitačním zdrojem o vlnové délce přibližně 488 nm.It has been found that macarpine allows for the differentiation of erythrocytes from leukocytes and other nuclear cells, while allowing multicolour surface immunophenotyping on flow cytometers in single-cell flow cytometers, in mixtures of nuclear and nuclear cells, such as peripheral blood, bone marrow biopsy, and cell suspensions prepared from highly perfused organs. or more excitation sources. In addition, the spectral characteristics of macarpine bound to RNA and / or DNA make it possible to distinguish erythrocytes, reticulocytes and leukocytes of bone marrow and peripheral blood without detecting the expression of surface features even on simple flow cytometers equipped with a single excitation source of about 488 nm.

Makarpin se ve vodném roztoku po přidání k suspenzi buněk váže i při velmi nízkých koncentracích na DNA a RNA obsažené v širokém spektru živých buněk. Fluorescence makarpinu je přibližně úměrná množství DNA, případně RNA a proto umožňuje jejich přibližné kvantitativní stanovení v živých intaktních buňkách. Nevyžaduje permeabilizaci buněk, jeho průnik do buněk je velmi rychlý, v řádu několika sekund a buňky v průběhu měření morfologicky nepoškozuje. Po přidání k suspenzi buněk se makarpin váže k nukleovým kyselinám, což lze využít k jejich zviditelnění při mikroskopické nebo průtokově cytometrické analýze. Může být použit samostatně jako barvivo na DNA a/nebo RNA nebo v kombinaci s dalšími barvivý - fluorescenčními značkami, které mají vhodné absorpční a/nebo emisní spektrum. Lze jej s výhodou kombinovat např. s Cascade Yellow, Pacific Blue, izothiokyanátem fluoresceinu (FITC) nebo allophycocyaninem (APC) a jeho tandemem s Cy7 (APC-Cy7).Macarpine in an aqueous solution, when added to the cell suspension, binds at very low concentrations to DNA and RNA contained in a wide range of living cells. The fluorescence of macarpine is approximately proportional to the amount of DNA or RNA, and therefore allows their approximate quantitative determination in living intact cells. It does not require cell permeabilization, its penetration into cells is very fast, in a matter of seconds and does not damage cells morphologically during the measurement. When added to the cell suspension, macarpine binds to nucleic acids, which can be used to make them visible in microscopic or flow cytometric analysis. It can be used alone as a dye for DNA and / or RNA or in combination with other dye-fluorescent labels having a suitable absorption and / or emission spectrum. It can advantageously be combined with, for example, Cascade Yellow, Pacific Blue, fluorescein isothiocyanate (FITC) or allophycocyanine (APC) and its tandem with Cy7 (APC-Cy7).

Makarpin vyzařuje jasnou fluorescenci ve žluté až červené oblasti viditelného spektra, což umožňuje detekci jednotlivých buněk obsahujících nukleové kyseliny DNA a RNA. S výhodou jej lze použít k odlišení intaktních buněk obsahujících DNA nebo RNA od intaktních buněk, které signifikantní množství nukleových kyselin neobsahují, jako jsou např. trombocyty a savčí erytrocyty. Výhody makarpinu se v průtokové cytometrií projevují především při značení DNA a RNA ve smíšených populacích erytrocytů a leukocytů. Na rozdíl od většiny dosud používaných DNA sond není potřebná permeabilizace buněk, protože plazmatická membrána živé buňky je pro makarpin plně propustná.Makarpin emits bright fluorescence in the yellow to red region of the visible spectrum, allowing the detection of individual cells containing DNA and RNA nucleic acids. Preferably, it can be used to distinguish intact cells containing DNA or RNA from intact cells that do not contain significant amounts of nucleic acids, such as platelets and mammalian erythrocytes. The advantages of macarpine in flow cytometry are particularly evident in the labeling of DNA and RNA in mixed populations of erythrocytes and leukocytes. Unlike most DNA probes used to date, cell permeabilization is not necessary because the plasma membrane of a living cell is fully permeable to macarpine.

Pomocí makarpinu lze průtokovou cytometrií na základě obsahu DNA v buňkách rozlišit tři fáze buněčného cyklu. V první fázi (G0/G1) buňka obsahuje základní množství DNA, (2 sady chromosomů u diploidních buněk, jedna u haploidních), v druhé fázi (S) dochází k duplikaci genetické informace (syntéza DNA) aniž by se počet buněk měnil a na konci této fáze buňky obsahují dvojnásobné množství DNA (4 sady chromozomů u diploidních buněk, 2 sady u haploidních). Ve třetí fázi (G2/M) se množství DNA nejdříve udržuje na dvojnásobné hodnotě a pak dochází k rozdělení genetického materiálu - k mitóze, přičemž množství DNA v buňce klesne na základní úroveň (2 sady chromosomů u diploidních buněk, jedna u haploidních). Makarpin, díky svým spektrálním vlastnostem umožňuje tyto tři fáze buněčného cyklu jednoduchým způsobem kvalitativně (na úrovni mikroskopické) i kvantitativně (na úrovni průtokové cytometrie) rozlišit a stanovit. Situaci lze graficky znázornit počtem bodů, odpovídajících jednotlivým buňkám (osa y), které prošly měřící zónou cytometru v závislosti na intenzitě fluorescence v jednotlivých buňkách (osa x).By means of macarpine, three phases of the cell cycle can be distinguished by flow cytometry based on the DNA content of the cells. In the first stage (G0 / G1) the cell contains the basic amount of DNA (2 sets of chromosomes in diploid cells, one in haploid cells), in the second stage (S) the genetic information is duplicated (DNA synthesis) without changing the number of cells. at the end of this phase, the cells contain twice the amount of DNA (4 sets of chromosomes in diploid cells, 2 sets in haploid cells). In the third phase (G2 / M), the amount of DNA is initially kept at twice the amount and then the genetic material is split - mitosis, with the amount of DNA in the cell decreasing to baseline (2 sets of chromosomes in diploid cells, one in haploid cells). Makarpin, thanks to its spectral properties, enables these three phases of the cell cycle to be distinguished and determined qualitatively (microscopically) and quantitatively (flow cytometry) in a simple way. The situation can be graphically represented by the number of points corresponding to the individual cells (y-axis) that have passed through the cytometer measuring zone depending on the fluorescence intensity in each cell (x-axis).

Makarpin lze s výhodou využít při automatizovaném testování a hodnocení velkého množství vzorků ve farmaceutickém průmyslu z hlediska účinků biologicky aktivních látek na průběh buněčného cyklu.Makarpin can be advantageously used in automated testing and evaluation of a large number of samples in the pharmaceutical industry for the effects of biologically active substances on the cell cycle course.

V kombinaci se zviditelněním běžných leukocytámích a erytrocytámích antigenů umožňuje fluorescence makarpinu klasifikaci a kvantifikaci leukocytů, nezralých erytrocytů a zralých erytrocytů na modelech anemie i u anemických pacientů. Metodou dle vynálezu lze např. rozlišitCombined with the visibility of common leukocyte and erythrocyte antigens, macarpine fluorescence allows the classification and quantification of leukocytes, immature erythrocytes and mature erythrocytes in both anemia models and in anemic patients. For example, the method according to the invention can be distinguished

CD45-pozitivní leukocyty s jasnou fluorescencí makarpinu od podskupin CD45 negativníchCD45-positive leukocytes with clear fluorescence of macarpine from subgroups of CD45 negative

-3CZ 297482 B6 krevních a krvetvorných buněk. Ve skupině CD45 negativních buněk fluorescence makarpinu rozlišuje makarpin pozitivní buňky obsahující RNA (retikulocyty) a makarpin negativní buňky (vyzrálé erytrocyty). Díky rozdílu emisních spekter makarpinu vázaného na RNA a makarpinu vázaného na DNA umožňuje vzájemné rozlišení buněk obsahujících DNA i RNA a buněk obsahujících pouze RNA i při měření na standardních průtokových cytometrech vybavených jedním laserem. Přítomnost jádra (DNA) má za důsledek celkově vyšší intenzitu fluorescence a její posuv do oblasti kratších vlnových délek, což se projevuje posuvem v FL2/FL3 diagramu při měření na uvedeném přístroji. Buňky neobsahující DNA se dají odlišit díky tomu, že nepřítomnost DNA má za následek celkově nižší emisi a relativně vyšší fluorescenci (FL) makarpinu v kanálu 3 (FL3) a tak i vyšší poměr intenzity FL3 proti FL2.B6 blood and hematopoietic cells. In the CD45 negative cell group, macarpine fluorescence distinguishes between macarpine positive cells containing RNA (reticulocytes) and macarpine negative cells (mature erythrocytes). Due to the difference in the emission spectra of RNA-bound macarpine and DNA-bound macarpine, it allows the distinction between DNA and RNA-containing cells and RNA-only cells when measured on standard single-laser flow cytometers. The presence of the nucleus (DNA) results in an overall higher fluorescence intensity and its shift to the shorter wavelength range, which is reflected in the shift in the FL2 / FL3 diagram when measured on the instrument. DNA-free cells can be distinguished because the absence of DNA results in an overall lower emission and relatively higher fluorescence (FL) of macarpine in channel 3 (FL3) and thus a higher ratio of FL3 to FL2 intensity.

Při průtokové cytometrii pomocí přístrojů se dvěma a více excitačními zdroji je možné využít i kombinované fluorescence makarpinu vedle fluorescence dalších fluoroforů s vhodnými spektrálními vlastnostmi, jako jsou např. fluorescenční značky Pacifíc Blue, Cascade Yellow nebo APC a jeho tandemu APC-Cy7.For flow cytometry using instruments with two or more excitation sources, it is possible to utilize the combined fluorescence of macarpine in addition to the fluorescence of other fluorophores with suitable spectral properties, such as the fluorescent labels Pacific Blue, Cascade Yellow or APC and its APC-Cy7 tandem.

Při metodě simultánní imunofluorescence (zviditelnění pomocí protilátek vázaných k fluorochromům jako jsou isothiokyanát fluoresceinu a allophycocyanin) se nadbytek protilátky odstraní promytím a poté se nejméně 10 vteřin před měřením přidá makarpin v koncentraci 1 pg /106 buněk.In the simultaneous immunofluorescence method (visualization with fluorochrome-bound antibodies such as fluorescein isothiocyanate and allophycocyanin), excess antibody is removed by washing and then macarpine at a concentration of 1 µg / 10 6 cells is added at least 10 seconds prior to measurement.

Metoda je pro svoji rychlost a jednoduchost pracovního protokolu vhodná jako velmi rychlá, nedestruktivní diagnostická a separační metoda schopná objektivně rozlišit a třídit jednotlivé typy živočišných i rostlinných buněk.The method is suitable for its speed and simplicity of the working protocol as a very fast, non-destructive diagnostic and separation method capable of objectively distinguishing and sorting individual types of animal and plant cells.

Příklady provedeníExamples

Příklad 1Example 1

Stanovení obsahu DNA u intaktních buněk buněčné linieDetermination of DNA content in intact cells of a cell line

Ke stanovení obsahu DNA u intaktních buněk linie MOLT-1 v exponenciální fázi růstu bylo použito 2x104 buněk ve 100 pl značícího média (fosfátový pufr s 0,2 % hmotn. želatiny a 0,1 % hmotn. azidu sodného, dále WSB), ke kterým bylo přidáno 10 pl makarpinu (100 pg/ml) po dobu 30 sec. Poté byl vzorek měřen na standardním průtokovém cytometru FACSCalibur (Becton Dickinson, La Jolla, USA) vybaveném modrým argonovým laserem (488 nm 15 mW) a červeným polovodičovým laserem (633 nm 20 mW) při nízké (LOW) rychlosti akvizice.2x10 4 cells in 100 µl of labeling medium (phosphate buffer with 0.2 wt% gelatin and 0.1 wt% sodium azide, hereinafter WSB) were used to determine the DNA content of intact cells of the MOLT-1 line in exponential growth phase, to which 10 µl of macarpine (100 µg / ml) was added for 30 sec. Then, the sample was measured on a standard FACSCalibur flow cytometer (Becton Dickinson, La Jolla, USA) equipped with a blue argon laser (488 nm 15 mW) and a red semiconductor laser (633 nm 20 mW) at low (LOW) acquisition rate.

Obr. 1 - Dvojdimenzionální diagram rozptylu excitačního paprsku 488 nm v přímém směru (FSC) a v kolmém směru (SSC) pro všechny buňky,Giant. 1- Two-dimensional diagram of 488 nm excitation beam scattering in straight direction (FSC) and in perpendicular direction (SSC) for all cells,

Obr. 2 - FSC versus plocha píku fluorescence v kanálu FL2 (FL2-A) v lineární škále. Populace v jednotlivých fázích buněčného cyklu jsou označeny zkratkami fází.Giant. 2 - FSC versus fluorescence peak area in FL2 channel (FL2-A) on a linear scale. Populations in the individual phases of the cell cycle are indicated by phase abbreviations.

Obr. 3 - FSC versus FL3-A v lineární škále. Z porovnání rozlišení v kanálech FL2 a FL3 vyplývá, že pro přesnější stanovení obsahu DNA je kanál FL2 vhodnější, protože kanál FL3 je citlivější k obsahu RNA. Poloha populací v jednotlivých fázích buněčného cyklu je vyznačena v Obr. 2.Giant. 3 - FSC versus FL3-A on a linear scale. A comparison of the differentiation in FL2 and FL3 channels indicates that the FL2 channel is preferable for more accurate DNA content determination because the FL3 channel is more sensitive to RNA content. The position of the populations in the individual phases of the cell cycle is shown in FIG. 2.

Obr. 4 - Diagram FL2-A versus šířka píku (FL2-W) umožňující odlišení jednotlivých buněk v různých částech buněčného cyklu (oblast Rl) od apoptotických buněk (oblast R2) a vícebuněčných případů (multipletů, oblast R3). Objekty v oblasti Rl mají charakter intaktních buněk (Obr.Giant. 4 - Diagram of FL2-A versus peak width (FL2-W) allowing to distinguish individual cells in different parts of the cell cycle (R1 region) from apoptotic cells (R2 region) and multicellular events (multiplets, R3 region). Objects in the R1 region have the character of intact cells (FIG.

5), zatímco objekty v R2 jsou menší, což odpovídá buňkám v apoptóze (Obr. 6).5), while the objects in R2 are smaller, corresponding to cells in apoptosis (Fig. 6).

-4CZ 297482 B6-4GB 297482 B6

Příklad 2Example 2

Určení poměrného zastoupení buněk podle obsahu nukleových kyselin, fází buněčného cyklu a přítomnosti povrchových antigenů na modelu krve anemických selat - identifikace jaderných buněk a retikulocytů. (V symbolických označeních, pokud nelze jinak, je pro stručnost místo termínu makarpin použito zkratky MA).Determination of cell proportions by nucleic acid content, cell cycle phases and surface antigens presence in anemic piglet blood model - identification of nuclear cells and reticulocytes. (In symbolic designations, the abbreviation MA is used for brevity, unless otherwise possible).

100 μΙ heparinizované (20 U/ml) krve ze selat se silnou anémií (desetinásobná redukce erytrocytů) bylo označeno fluoresceinem značenou myší anti-prasečí CD45 monoklonální protilátkou a poté bylo přidáno 10 μΐ makarpinu (100 pg/ml) po dobu 30 sec. Vzorek byl měřen na analyzátoru FACSCalibur.100 μΙ of heparinized (20 U / ml) blood from piglets with severe anemia (10-fold red blood cell reduction) was labeled with fluorescein-labeled mouse anti-porcine CD45 monoclonal antibody followed by 10 μΐ of macarpine (100 pg / ml) for 30 sec. The sample was measured on a FACSCalibur analyzer.

Obr. 7 - Velikost (FSC) versus logaritmus (log) fluorescence makarpinu v kanálu FL2 (FL2-H). Kromě negativních buněk (populace 1) lze odlišit buňky se slabou fluorescencí (populace II) a buňky jasně značené makarpinem (populace III).Giant. 7 - Size (FSC) versus logarithm (log) fluorescence of macarpine in FL2 channel (FL2-H). In addition to negative cells (population 1), cells with weak fluorescence (population II) and cells clearly labeled with macarpine (population III) can be distinguished.

Obr. 8 - Diagram exprese CD45 (FL1-H) versus makarpin (FL-2H) ukazuje možnost odlišit leukocyty (oblast R1; CD45+MA+) od buněk nepatřících k bílé řadě krvetvorby. Oblasti R4 a R5 obsahují erytroidní prekurzory s vysokým (R4) a nižším (R5) obsahem RNA (CD45 MA+), erytrocyty bez nukleových kyselin se nacházejí v oblasti R6 (CD45 MA“). Populaci v oblasti R1 lze dále rozdělit na mononukleámí leukocyty s vyšší expresí CD45 a vyšší fluorescencí makarpinu (R3) a granulocyty (R2).Giant. 8 - Diagram of CD45 (FL1-H) versus macarpine (FL-2H) expression shows the possibility to distinguish leukocytes (R1 region; CD45 + MA + ) from non-white hematopoiesis cells. Regions R4 and R5 contain erythroid precursors with high (R4) and lower (R5) RNA content (CD45 MA + ), erythrocytes without nucleic acids are found in the R6 region (CD45 MA '). The population in the R1 region can be further divided into mononuclear leukocytes with higher CD45 expression and higher fluorescence of macarpine (R3) and granulocytes (R2).

Obr. 9 - Porovnání intenzity fluorescence makarpinu v kanálech FL2 a FL3 ukazuje, že přítomnost DNA zvyšuje relativní intenzitu v kanále FL2, což se v uvedené reprezentaci projevuje posuvem populace leukocytů doprava. Proto je výhodnější u přístroje FACSCalibur a přístrojů s podobným vybavením měřit obsah DNA v kanálu FL2. U jiných cytometrických analyzátorů se optimální kanál může lišit podle použitého vybavení optickými a optoelektrickými elementy. Diagramy uvedené v dolní části obrázku (FSC versus SSC) ukazují rozptylové charakteristiky jednotlivých populací rozlišitelných na základě vazby anti-CD45 a makarpinu. Oblasti R2 a R3 na Obr. 8 odpovídají mononukleámím leukocytům (monocyty a lymfocyty, R3) s vyšší expresí CD45 a intenzivnější fluorescencí MA než je tomu u granulocytů (R2). Oblasti R4, R5 a R6 obsahují retikulocyty s různým obsahem RNA, zatímco makarpin negativní buňky v oblasti R6 jsou erytrocyty s nulovým obsahem nukleových kyselin.Giant. 9 - A comparison of the fluorescence intensity of macarpine in FL2 and FL3 channels shows that the presence of DNA increases the relative intensity in the FL2 channel, as shown by shifting the leukocyte population to the right. Therefore, it is preferable to measure the DNA content of the FL2 channel on a FACSCalibur and devices with similar equipment. For other cytometric analyzers, the optimum channel may vary depending on the optical and optoelectric elements used. The diagrams at the bottom of the figure (FSC versus SSC) show the scattering characteristics of individual populations discernible by anti-CD45 and macarpine binding. The regions R2 and R3 in FIG. 8 correspond to mononuclear leukocytes (monocytes and lymphocytes, R3) with higher CD45 expression and more intense MA fluorescence than granulocytes (R2). The R4, R5 and R6 regions contain reticulocytes with different RNA content, while the macarpine negative cells in the R6 region are zero nucleic acid erythrocytes.

Příklad 3Example 3

Určení poměrného zastoupení buněk podle množství nukleových kyselin, fází buněčného cyklu a přítomnosti povrchových antigenů na modelu lidské kostní dřeně - identifikace jaderných buněk a retikulocytů.Determination of cell proportions by number of nucleic acids, cell cycle phases and presence of surface antigens in human bone marrow model - identification of nuclear cells and reticulocytes.

100 μΐ vzorku lidské kostní dřeně bylo označeno kombinací monoklonálních protilátek; antilidská CD45 konjugovaná s allophycocyaninem (anti-CD45-APC) a anti-lidská glycophorin-A konjugovaná s fluoresceinem (anti-GlphA-FITC). Poté bylo přidáno 10 μΐ makarpinu (100 pg/ml) po dobu 30 sec a vzorek byl analyzován na FACSCalibur se dvěma lasery (488nm a 633 nm).100 μΐ of a human bone marrow sample was labeled with a combination of monoclonal antibodies; anti-human CD45 conjugated with allophycocyanin (anti-CD45-APC) and anti-human glycophorin-A conjugated with fluorescein (anti-GlphA-FITC). Then 10 μΐ of macarpine (100 pg / ml) was added for 30 sec and the sample was analyzed for FACSCalibur with two lasers (488nm and 633 nm).

Obr. 10 - FSC/SSC diagram ukazující reprezentaci všech analyzovaných buněk s převládající populací s rozptylem světla charakteristickým pro erytroidní řadu (kvůli přehlednosti je znázorněno pouze 2 000 objektů).Giant. 10 - FSC / SSC diagram showing the representation of all cells analyzed with a predominant population with light scattering characteristic of the erythroid series (only 2000 objects are shown for clarity).

Obr. 11 - Exprese GlphA (FL1-H) a CD45 (FL4-H) rozlišuje CD45 GlphA+ erytroidní buňky od buněk bílé řady krvetvorby (CD45+GlphA ). CD45+ populace se slabou fluorescencí v kanáluGiant. 11 - Expression of GlphA (FL1-H) and CD45 (FL4-H) distinguishes CD45 GlphA + erythroid cells from white hematopoiesis cells (CD45 + GlphA). CD45 + population with poor channel fluorescence

-5 CZ 297482 B6-5 CZ 297482 B6

FL1 jsou buňky s rozptylem světla odpovídajícím eozinofilním granulocytům. Jsou označeny hvězdičkou a bez značení makarpinem není tato populace odlišitelná od ostatních GlphA- buněk.FL1 are cells with light scattering corresponding to eosinophilic granulocytes. They are marked with an asterisk and without macarpine labeling, this population is not distinguishable from other GlphA cells.

Z tohoto usuzujeme, že současné značení anti-CD45 a MA umožňuje odečíst relativní počty eozinofilů.From this, we conclude that co-labeling with anti-CD45 and MA allows the relative numbers of eosinophils to be read.

Obr. 12 - Diagram exprese CD45 a fluorescence makarpinu v kanálu FL2 (zobrazena je plocha píku). Je zřetelné, že jak mezi CD45+ leukocyty, tak i CD45low prekurzory a CD45 buňkami erytroidní linie lze najít většinovou populaci s nižší fluorescencí makarpinu a menší část buněk emitujících větší množství světla do kanálu FL2. Spolu s nálezy na buněčných liniích (viz. příklad 1) tento rozdíl interpretujeme jako rozdíl v obsahu nukleových kyselin, především DNA. Je zřejmé, že základní úroveň fluorescence u bezjademých erytrocytů je mnohem nižší, než u leukocytů obsahující normální množství DNA.Giant. 12 - Diagram of CD45 expression and fluorescence of macarpine in FL2 channel (peak area shown). Clearly, both CD45 + leukocytes and CD45 low precursors and erythroid lineage CD45 cells can find a majority population with lower macarpine fluorescence and a smaller proportion of cells emitting more light into the FL2 channel. Together with cell line findings (see Example 1), we interpret this difference as a difference in the content of nucleic acids, especially DNA. Obviously, the baseline level of fluorescence in erythrocyte-free cells is much lower than that of leukocytes containing normal amounts of DNA.

Obr. 13 - Histogram plochy píku intenzity fluorescence kanálu FL2 v lineární škále. Oblasti R vymezují populace s různými intenzitami emise: R1 - velmi nízká fluorescence vypovídající o žádném nebo velmi nízkém obsahu nukleových kyselin, R2 - střední intenzita fluorescence zhruba odpovídající diploidnímu obsahu DNA v jádře (N), R3 - vysoká intenzita fluorescence odpovídající obsahu DNA u buněk syntetizujících DNA a buněk v mitóze.Giant. 13 - Histogram of FL2 channel fluorescence intensity peak area on a linear scale. R regions are defined by populations with different emission intensities: R1 - very low fluorescence indicating no or very low nucleic acid content, R2 - medium fluorescence intensity roughly corresponding to diploid DNA content in the nucleus (N), R3 - high fluorescence intensity corresponding to DNA content in cells synthesizing DNA and cells in mitosis.

Obr. 14 až 16 - CD45 versus Glph A exprese na buňkách z oblastí R1 (Obr. 14), R2 (Obr. 15) a R3 (Obr. 16) histogramu (Obr. 13). Je zřejmé, že oblast R1 zahrnuje většinou erytroidní buňky (Obr. 14), většina leukocytů se naopak nachází v oblasti R2 (obr. 15). Mitoticky aktivní buňky (leukocyty i erytroidní prekurzory) se nacházejí v oblasti R3 (Obr. 16). Rozptylové charakteristiky na Obr. 17 až Obr. 19 potvrzují příslušnost buněk z oblasti R1 k erytroidní řadě (srovnej Obr. 17 s Obr. 10), buněk z oblasti R2 k bílé řadě krvetvorby (na Obr. 18 je zobrazen typický profil rozptylu leukocytů krve nebo kostní dřeně). Obr. 19 znázorňuje, kde se v dvojdimensionálním diagramu nacházejí buňky v aktivní fázi buněčného cyklu (S-fáze, M-fáze).Giant. 14-16 - CD45 versus Glph A expression on cells from regions R1 (Fig. 14), R2 (Fig. 15) and R3 (Fig. 16) of the histogram (Fig. 13). Obviously, the R1 region comprises mostly erythroid cells (Fig. 14), while the majority of leukocytes are located in the R2 region (Fig. 15). Mitotically active cells (both leukocytes and erythroid precursors) are located in the R3 region (Fig. 16). The scattering characteristics in FIG. 17 to FIG. Figures 19 confirm the affinity of cells from the R1 region to the erythroid row (cf. Figure 17 with Figure 10), the cells from the R2 region to the white hematopoiesis row (Figure 18 shows a typical scattering profile of blood or bone marrow leukocytes). Giant. 19 shows where the cells in the active phase of the cell cycle (S-phase, M-phase) are located in the two-dimensional diagram.

Průmyslové využitíIndustrial use

Použití makarpinu jako supravitální sondy k rychlému měření přítomnosti a obsahu nukleových kyselin a dalších víceparametrických dat na jednoduchých průtokových cytometrech u hromadných vzorků obsahujících suspendované buňky.Use of macarpine as a supravital probe to quickly measure the presence and content of nucleic acids and other multi-parameter data on simple flow cytometers in bulk samples containing suspended cells.

Makarpin lze s výhodou využít zejména při automatizovaném testování a hodnocení velkého množství vzorků ve farmaceutickém průmyslu z hlediska účinků biologicky aktivních látek na průběh buněčného cyklu.In particular, macarpine can be advantageously used in the automated testing and evaluation of a large number of samples in the pharmaceutical industry for the effects of biologically active substances on the course of the cell cycle.

Použití makarpinu je výhodné k určení poměrného zastoupení buněk podle množství nukleových kyselin, k určení jednotlivých fází buněčného cyklu a k identifikaci jaderných buněk a retikulocytů v kostní dřeni nebo v krvi bez nutnosti detekce povrchových antigenů.The use of macarpine is advantageous for determining the relative proportion of cells according to the amount of nucleic acids, for determining the individual phases of the cell cycle, and for identifying nuclear cells and reticulocytes in bone marrow or blood without the need for surface antigen detection.

Makarpin je použitelný jako supravitální fluorescenční sonda rovněž v kombinaci s dalšími fluorochromy při současné mnohobarevné imunofenotypizaci buněk.Macarpine is also useful as a supravital fluorescent probe also in combination with other fluorochromes in simultaneous multicolour immunophenotyping of cells.

-6CZ 297482 B6-6GB 297482 B6

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (4)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Použití makarpinu ke klasifikaci buněk průtokovou cytometrií supravitální identifikací a kvantifikací nukleových kyselin na cytometrech s excitačním zdrojem vyzařujícím v modrozelené oblasti spektra od 480 do 490 nm.Use of macarpine to classify cells by flow cytometry by supravital identification and quantification of nucleic acids on cytometers with an excitation source radiating in the blue-green region of the spectrum from 480 to 490 nm. 2. Použití makarpinu podle nároku 1, kdy se buňky dále označí nejméně jedním dalším fluorochromem.Use of macarpine according to claim 1, wherein the cells are further labeled with at least one further fluorochrome. 3. Použití makarpinu podle nároku 2, kdy fluorochromem je sloučenina vybraná ze skupiny zahrnující izothiokyanát fluoresceinu, allophycocyanin, Cascade Yellow, Pacific Blue.The use of macarpine according to claim 2, wherein the fluorochrome is a compound selected from the group consisting of fluorescein isothiocyanate, allophycocyanin, Cascade Yellow, Pacific Blue. 4 výkresy4 drawings
CZ20050363A 2005-06-08 2005-06-08 Use of macarpine for cell classification by employing flow cytometry CZ2005363A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20050363A CZ2005363A3 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Use of macarpine for cell classification by employing flow cytometry

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20050363A CZ2005363A3 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Use of macarpine for cell classification by employing flow cytometry

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ297482B6 true CZ297482B6 (en) 2006-12-13
CZ2005363A3 CZ2005363A3 (en) 2006-12-13

Family

ID=37564476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20050363A CZ2005363A3 (en) 2005-06-08 2005-06-08 Use of macarpine for cell classification by employing flow cytometry

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2005363A3 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2005363A3 (en) 2006-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4882284A (en) Method for quantitating and differentiating white blood cells
EP0132064B1 (en) Method for elimination of interference of selected cell populations in analytic cytology
FI94180C (en) Process for analyzing cellular components of a liquid
US6197593B1 (en) Method for enumerating blood cells
KR100258394B1 (en) Methods for the identification and characterization of reticulocytes in whole blood
US5879900A (en) Method for simultaneous analysis of cell viability, nucleated red blood cells and white blood cell differentials
US5057413A (en) Method for discriminating between intact and damaged cells in a sample
CN101750476B (en) Blood analysis reagent and use method thereof
US5175109A (en) Reagent for classifying leukocytes by flow cytometry
US6060322A (en) Method for identification of reticulated cells
US5639666A (en) Detection of reticulocytes
AU750108B2 (en) Fully automated method and reagent composition therefor for rapid identification and characterization of reticulocytes, erythrocytes and platelets in whole blood
US8008029B2 (en) Method and device for characterizing cellular components of a biological fluid
EP0634640A1 (en) Method of counting reticulocytes
JP2002277460A (en) Reagent and method for identifying and counting biological cell
JPS61195358A (en) Method of analyzing accessory cell population of corpuscle
JP4567082B2 (en) Classification and counting method of erythroblasts
WO2013101603A1 (en) Cellular analysis of body fluids
EP0866960B1 (en) Method for simultaneous analysis of cell viability, nucleated red blood cells and white blood cell differential
Ronot et al. Assessment of cell viability in mammalian cell lines
EP0259833B1 (en) Reagent and method for classifying leukocytes by flow cytometry
JPH01320464A (en) Method and agent for discrimination and measurement of leucocyte
WO1997021994A9 (en) Method for simultaneous analysis of cell viability, nucleated red blood cells and white blood cell differential
CZ297482B6 (en) Use of macarpine for classification of cells by flow cytometry
Lehner et al. Automation in hematology

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20140608