本研究中,我们介绍了一种在流感病毒感染后对小鼠气管黏膜进行双光子活体成像及细胞相互作用分析的实验方案。该方案对于研究呼吸道感染过程中免疫细胞动态变化的研究人员具有重要意义。
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本研究中,我们介绍了一种在流感病毒感染后对小鼠气管黏膜进行双光子活体成像及细胞相互作用分析的实验方案。该方案对于研究呼吸道感染过程中免疫细胞动态变化的研究人员具有重要意义。
细胞间或细胞与病原体相互作用的分析 体内 是理解免疫应答动态变化的重要工具。双光子活体显微成像技术(2P-IVM)能够在活体动物深层组织中观察细胞间的相互作用,同时最大限度减少图像采集过程中产生的光漂白效应。迄今为止,已有多种针对淋巴器官和非淋巴器官的2P-IVM模型被报道。然而,由于动物呼吸周期引起的运动干扰,呼吸器官的成像仍然面临挑战。
在此,我们介绍一种用于可视化的实验方案 体内 利用双光子活体显微镜(2P-IVM)研究流感病毒感染小鼠气管中的免疫细胞相互作用。为此,我们建立了一套定制的成像平台,包括气管的外科暴露与插管,随后对黏膜上皮中的中性粒细胞和树突状细胞(DC)进行动态成像。此外,我们详细描述了流感病毒鼻内感染的操作步骤以及气管免疫细胞的流式细胞术分析方法。最后,我们分析了在视频记录过程中中性粒细胞与DC的运动行为及其相互作用。本方案可获得稳定且高亮度的四维图像,适用于评估气管内细胞间的相互作用。
双光子活体显微技术(2P-IVM)是一种用于实时成像细胞间相互作用的有效方法,可在细胞所处的自然环境中直接观察其动态过程1。该方法的主要优势之一在于,与其他传统成像技术相比,它能够对更深层的组织样本(500 µm 至 1 mm)进行观测2。同时,双光子激光产生的两个低能量光子可最大限度地减少成像过程中通常伴随发生的组织光损伤2。在过去十年中,2P-IVM 已被应用于多个研究领域,以探索不同类型的细胞间相互作用3,4,5。这些研究在免疫细胞的观察中尤为关键,因为免疫细胞具有高度动态性,并会根据其他细胞及环境信号迅速形成显著的细胞接触。此外,2P-IVM 也被用于研究病原体与宿主之间的相互作用6。已有研究证实,某些病原体能够改变免疫细胞之间接触的类型和持续时间,从而干扰免疫应答7。
气道黏膜是针对空气传播病原体产生免疫反应的初始部位8。因此,对该组织中病原体与宿主相互作用进行体内分析,对于理解感染过程中宿主防御机制的启动至关重要。然而,气道的双光子活体显微成像(2P-IVM)具有较大挑战性,主要原因是动物呼吸周期所引起的成像伪影,会影响图像采集过程。近年来,已有多种手术模型被用于小鼠气管9,10,11,12和肺组织13,14,15,16的成像研究。气管2P-IVM模型是观察上呼吸道免疫反应初期阶段的理想体系,而肺泡2P-IVM模型则更适用于研究感染的后期阶段。已建立的肺部成像模型存在一个局限性,即充满空气的肺泡会限制激光的光学穿透深度,导致肺内气道的黏膜层无法进行体内成像17。相比之下,气管由连续的上皮构成,其结构更有利于图像采集。
本文介绍了一种实验方案,详细描述了进行流感病毒感染、动物手术准备以及气管双光子活体成像(2P-IVM)所需的各个步骤。此外,我们还描述了一种特定的实验设置,用于可视化中性粒细胞和树突状细胞(DC)——这两种免疫细胞在介导抗流感病毒防御机制中发挥着重要作用18,19。最后,我们介绍了一种分析中性粒细胞与DC相互作用的方法。研究表明,这些细胞间的接触能够调节DC的活化,进而影响机体对病原体的免疫应答20。
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所有涉及小鼠的动物实验均按照瑞士联邦兽医办公室的指南进行,并已获得当地兽医主管部门批准的动物实验方案。
1. CD11c-YFP 小鼠的流感病毒感染
2. 中性粒细胞的分离与注射
注意:本实验中使用了 B6.129(ICR)-Tg(CAG-ECFP)CK6Nagy/J 小鼠(CK6-ECFP)24。这些动物在人源 β-肌动蛋白启动子驱动下,在所有细胞类型中表达 CFP。此外,也可使用 C57BL/6J 小鼠分离细胞,并按照步骤 2.6 中所述方案进行染色。中性粒细胞的纯化与操作可能会提高其活化状态,从而可能改变其迁移和功能特性。
3. 准备用于成像的小鼠
4. 体内 延时成像
注意:图像采集使用配备两个钛宝石激光器、温度控制培养室和25倍/数值孔径1.1水浸物镜的直立式双光子显微镜进行。用于图像采集的光电倍增管(PMT)为混合型探测器或高灵敏度GaAsP探测器。
5. 中性粒细胞-树突状细胞运动性及相互作用的图像处理与定量分析
注意:在本方案中,使用了专门的成像软件来分析显微镜数据。
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在本研究中,我们描述了一种用于研究的详细实验方案 体内 小鼠气管中流感感染期间中性粒细胞与树突状细胞的迁移能力及其相互作用图 3A)。为此,我们分离了 CFP+ 中性粒细胞(92% 纯度; 图3B) 来自CK6-ECFP小鼠,并将其过继转移至感染流感病毒的CD11c-YFP小鼠体内。随后,在感染后第3天进行气管的双光子活体显微成像(2P-IVM)。在此时间点,我们观察到中性粒细胞被显著招募至感染区域,流式细胞术分析结果如图所示(图3C)。双光子体内显微成像(2P-IVM)方案需要使用特定的手术板和为啮齿类动物提供的氧气供应装置(图1A)。通过插入气管的导管供氧有助于动物呼吸,便于暴露气管,并控制与呼吸相关的器官运动(图1B)。在此实验设置...
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本研究提供了一项详细的实验方案,用于生成4D图像,以展示在流感病毒感染的小鼠气管中,过继转移的中性粒细胞的迁移过程及其与树突状细胞(DC)的相互作用。所述的双光子活体显微镜(2P-IVM)模型将有助于研究呼吸道感染过程中免疫细胞的动态行为。
近年来,已开发出多种基于气道内细胞动态可视化研究的模型9,10,11,12,13,14,15,16。然而,考虑到肺脏的解剖位置以及在呼吸周期中难以有效控制运动等因素,肺部的体内成像仍然具有挑战性
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作由瑞士国家基金会(SNF)资助(资助号:176124、145038 和 148183)、欧盟委员会玛丽·居里返岗资助(612742)以及 SystemsX.ch 对 D.U.P. 的资助(2013/124)支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 吉加塞普特 instru AF | Schülke & Mayr GmbH | 4% 溶液 | |
| CD11c-YFP 小鼠 | Jackson Laboratories | 008829 | 小鼠在本机构内部繁育 |
| CK6-ECFP 小鼠 | Jackson Laboratories | 004218 | 小鼠在本机构内部繁育 |
| 1x 改良型杜尔贝科磷酸盐缓冲液(不含氯化钙和氯化镁) | Sigma | D8537-500ML | |
| 10x 改良型杜尔贝科磷酸盐缓冲液(不含氯化钙和氯化镁) | Sigma | D1408-500ML | |
| Percoll PLUS | Sigma | E0414-1L | 4°C 保存 |
| 氯胺酮 Labatec | Labatec Pharma | 7680632310024 | 室温保存;配制成氯/赛拉嗪混合溶液后需在 4 °C 保存 |
| 赛拉嗪 2%(赛拉嗪) | Bayer | 6293841.00.00 | 室温保存;配制成氯/赛拉嗪混合溶液后需在 4 °C 保存 |
| 26 G 1 mL 皮下注射 BD Plastipak | BD Plastipak | 305501 | |
| 30 G,0.3 mL BD Micro-Fine 胰岛素注射器 | BD | 324826 | |
| Falcon 40 µm 细胞筛 | Corning | 352340 | |
| 2 mL 注射器 | BD Plastipak | 300185 | |
| Microlance 3x 18 G 针头 | BD | 304622 | |
| Introcan Safety 20 G(导管) | Braun | 4251652.01 | |
| 6 孔细胞培养板 | Costar | 3516 | |
| RPMI 1640 培养基 + HEPES(1x) | ThermoFisher Scientific | 42401-018 | 4°C 保存 |
| Liberase TL 研究级酶 | Roche | 5401020001 | -20 °C 保存 / 胶原酶(I 型和 II 型)混合物 |
| 脱氧核糖核酸酶 I | Amresco (VWR) | 0649-50KU | -20 °C 保存 |
| CellTrace Violet 染料 | ThermoFisher Scientific | C34557 | -20 °C 保存 |
| EDTA | Sigma | EDS-500G | |
| 胎牛血清 | Gibco | 10270-106 | -20 °C 保存 |
| PE-10 微型医用导管 | 2Biological Instruments SNC | #BB31695-PE/1 | |
| 外科塑料胶带 | M Plast | ||
| 维滋透滴眼液 | Bausch & Lomb | 室温保存 | |
| 橡皮泥 | Ohropax | ||
| 高耐受性玻璃盖玻片,直径 15 mm | Warner Instruments | 64-0733 | |
| SomnoSuite 便携式动物麻醉系统 | Kent Scientific | SS-01 | |
| Nuvo Lite mark 5 | GCE medline | 14111211 | |
| MiniTag(气体麻醉与加热平台) | Tem Sega | ||
| 手术板 | 伯尔尼大学 | ||
| TrimScope II 双光子显微镜 | LaVision Biotec | ||
| Chameleon Vision 钛蓝宝石激光器 | Coherent Inc. | ||
| 25X NA 1.05 水浸物镜 | Olympus | XLPLN25XWMP2 | |
| The Cube&The Box 培养室及温度控制器 | Life imaging Services | ||
| Imaris 9.1.0 | Bitplane | 成像软件 | |
| GraphPad Prism 7 | GraphPad | 统计分析软件 |
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