Phagocytosis-coupled flow cytometry for detection and size discrimination of anionic polystyrene particles

Simple item page

Simple item page

Full item details

dc.contributor.author

Mutzke, Emily

Chomyshyn, Emily

Nguyen, Kathy C.

Blahoianu, Maria

Tayabali, Azam F.

dc.date.accessioned

2024-05-06T13:21:42Z

dc.date.available

2024-05-06T13:21:42Z

dc.date.issued

2015-05-05

dc.description - en

Nanometer and micrometer sized particles could pose a risk to human health. However, in order to interpret the toxicity of these particles, it is necessary to understand some basic physical characteristics of these particles. Towards this goal, Health Canada is developing methods to efficiently characterise particles of various compositions. This paper describes the use of an existing cell counting instrument called a flow cytometer that was used to provide size and clumping information of large numbers of fluorescent nanometer and micrometer sized particles. Separate fractions were obtained that contained either individual or clumped particles. The detection sensitivity of this method was enhanced by first allowing immune cells to internalise the particles. Particles as small as 20 nm were detected within cells by monitoring either the fluorescent characteristics of the particle, or changes in the granularity of the immune cell. Finally, immune cells that had taken up one size of particle were distinguished from those containing another size of particle, even after the cells were mixed together. This study demonstrated that flow cytometry was a useful tool for providing physical information about particles as they exist in suspension, as well as within immune cells. This data ultimately provided essential information about how particles behave outside and inside mammalian cells. Future work will examine what other types of materials can be detected using this method.

dc.description.abstract - en

Flow cytometry was evaluated for its capacity to detect and distinguish a wide size range (20–2000 nm) of fluorescent polystyrene particles (PSPs). Side scatter and fluorescence parameters could predict dispersed PSP sizes down to 200 nm, but the forward scatter parameter was not discriminatory. Confocal microscopy of flow-sorted fractions confirmed that dispersed PSPs appeared as a single sharp peak on fluorescence histograms, whereas agglomerated PSPs were detected as smaller adjacent peaks. Particles as small as 200 nm could also be detected by flow cytometry after they were first phagocytized by J774A.1 murine macrophages. Confocal microscopy demonstrated that these PSPs were internalized within the cytoplasm. MTT [3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide] and calcein–AM (acetoxymethyl ester) assays showed that they were not cytotoxic. Internalized PSP size correlated to both cellular side scatter (R2 = 0.9821) and fluorescence intensity (R2 = 0.9993). Furthermore, PSPs of various sizes could be distinguished when J774A.1 cells were loaded with a single size of PSP and mixed with cells containing other sizes. However, spectra of cells loaded with a mixture of PSP sizes resembled those containing only the largest PSP. These data demonstrate the capacity and limitations of phagocytosis-coupled flow cytometry to distinguish between dispersed and agglomerated states and detect a wide size range of particles.

dc.description.abstract-fosrctranslation - fr

La cytométrie en flux a été évaluée pour sa capacité à détecter et distinguer une large gamme de tailles (20 à 2 000 nm) de particules de polystyrène fluorescentes (PSP). Les paramètres de diffusion latérale et de fluorescence pouvaient prédire les tailles de PSP dispersées jusqu'à 200 nm, mais le paramètre de diffusion vers l'avant n'était pas discriminatoire. La microscopie confocale des fractions triées en flux a confirmé que les PSP dispersées apparaissaient sous la forme d'un seul pic net sur les histogrammes de fluorescence, alors que les PSP agglomérées étaient détectées sous la forme de pics adjacents plus petits. Des particules aussi petites que 200 nm pourraient également être détectées par cytométrie en flux après avoir été phagocytées pour la première fois par les macrophages murins J774A.1. La microscopie confocale a démontré que ces PSP étaient internalisées dans le cytoplasme. Les analyses au MTT [bromure de 3-(4,5-diméthylthiazol-2-yl)-2,5-diphényltétrazolium] et à la calcéine-AM (ester d'acétoxyméthyle) ont montré qu'ils n'étaient pas cytotoxiques. La taille intériorisée de la PSP était corrélée à la diffusion latérale cellulaire (R2 = 0,9821) et à l’intensité de la fluorescence (R2 = 0,9993). De plus, des PSP de différentes tailles ont pu être distinguées lorsque les cellules J774A.1 étaient chargées avec une seule taille de PSP et mélangées avec des cellules contenant d'autres tailles. Cependant, les spectres de cellules chargées d’un mélange de tailles de PSP ressemblaient à ceux contenant uniquement la plus grande PSP. Ces données démontrent la capacité et les limites de la cytométrie en flux couplée à la phagocytose à distinguer les états dispersés et agglomérés et à détecter une large gamme de tailles de particules.

dc.description.fosrctranslation - fr

Les particules de taille nanométrique et micrométrique pourraient présenter un risque pour la santé humaine. Cependant, afin d’interpréter la toxicité de ces particules, il est nécessaire de comprendre certaines caractéristiques physiques de base de ces particules. Dans ce but, Santé Canada développe des méthodes pour caractériser efficacement des particules de diverses compositions. Cet article décrit l’utilisation d’un instrument de comptage cellulaire existant appelé cytomètre en flux qui a été utilisé pour fournir des informations sur la taille et l’agglutination d’un grand nombre de particules fluorescentes de taille nanométrique et micrométrique. Des fractions distinctes ont été obtenues, contenant des particules individuelles ou agglomérées. La sensibilité de détection de cette méthode a été améliorée en permettant d’abord aux cellules immunitaires d’intérioriser les particules. Des particules aussi petites que 20 nm ont été détectées dans les cellules en surveillant soit les caractéristiques fluorescentes de la particule, soit les modifications de la granularité de la cellule immunitaire. Enfin, les cellules immunitaires qui avaient absorbé une taille de particule ont été distinguées de celles contenant une autre taille de particule, même après que les cellules aient été mélangées. Cette étude a démontré que la cytométrie en flux était un outil utile pour fournir des informations physiques sur les particules telles qu'elles existent en suspension, ainsi que dans les cellules immunitaires. Ces données ont finalement fourni des informations essentielles sur le comportement des particules à l’extérieur et à l’intérieur des cellules de mammifères. Les travaux futurs examineront quels autres types de matériaux peuvent être détectés à l'aide de cette méthode.

dc.identifier.doi

https://doi.org/10.1016/j.ab.2015.04.034

dc.identifier.uri

https://open-science.canada.ca/handle/123456789/2435

dc.language.iso

en

dc.publisher

Elsevier

dc.subject - en

Health

Health and safety

dc.subject - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.subject.en - en

Health

Health and safety

dc.subject.fr - fr

Santé

Santé et sécurité

dc.title - en

Phagocytosis-coupled flow cytometry for detection and size discrimination of anionic polystyrene particles

dc.type - en

Article

dc.type - fr

Article

Download(s)

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1

Name: Phagocytosis-coupled flow cytometry for detection and size discrimination of anionic polystyrene particles.pdf

Size: 1.74 MB

Format: PDF

Download file