Presentamos un método para un modelo de patogénesis fúngica que preserva la posición natural de las esporas de hongos en las vías respiratorias pulmonares para su análisis mediante microscopía fluorescente.
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Artículo de método
Presentamos un método para un modelo de patogénesis fúngica que preserva la posición natural de las esporas de hongos en las vías respiratorias pulmonares para su análisis mediante microscopía fluorescente.
Los hongos infectan a los humanos cuando las esporas ambientales se inhalan en los pulmones. El pulmón es un órgano heterogéneo. Las vías respiratorias conductoras, incluidos los bronquios y los bronquiolos, se ramifican hasta terminar en el espacio aéreo alveolar donde se produce el intercambio gaseoso. Las infecciones que se originan en los bronquiolos o alvéolos provocan distintas respuestas del huésped y manifestaciones de la enfermedad. Por lo tanto, comprender con precisión dónde se localizan naturalmente las esporas en los pulmones, particularmente poco después de la infección, amplía las oportunidades para la investigación de las interacciones huésped-patógeno. En este trabajo se detalla un análisis in situ de pulmones de ratones infectados con artroconidios por Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ. Los métodos convencionales para la preservación histológica implican el inflado líquido de las vías respiratorias con una solución fijadora, que desplaza la ubicación natural de las partículas fúngicas aspiradas, empujando las esporas desde los bronquiolos proximales hasta los espacios aéreos terminales.
Por el contrario, este método de inflado de aire con fijación de perfusión de la vasculatura sanguínea preserva la posición fisiológica de las esporas de hongos dentro de los bronquiolos. Además, describimos un enfoque simple para criopreservar, incluir e obtener imágenes de muestras pulmonares. También compartimos técnicas computacionales de alto rendimiento a través del programa de código abierto QuPath para analizar la distribución espacial de las esporas de hongos dentro del pulmón. El método presentado aquí es simple y rápido, requiere un equipo mínimo para realizarlo y se puede adaptar fácilmente para su uso con muchos modelos de infecciones fúngicas respiratorias.
Los seres humanos pueden inhalar hasta miles de millones de esporas por día de una variedad de hongosambientales. Para comprender nuestras defensas de barrera contra estas esporas inhaladas, debemos apreciar los entornos microanatómicos precisos donde estas esporas aterrizan dentro de las vías respiratorias y el parénquima pulmonar. La composición celular de las vías respiratorias (es decir, las células epiteliales) se transforma significativamente a lo largo de la tráquea, los bronquios, los bronquiolos y los alvéolos. Cada una de estas regiones distintas está compuesta por diferentes tipos de células con funciones discretas que disponen de un arsenal de defensas para prevenir la infección patológica.
La ubicación precisa de la deposición de esporas fúngicas pulmonares puede variar entre los lúmenes de las vías respiratorias de los bronquiolos con revestimiento epitelial cilíndrico, los conductos alveolares o los alvéolos2. La mayoría de las especies fúngicas clínicamente relevantes producen esporas de entre 1 μm y 10 μm de diámetro3. La deposición de estas partículas de esporas en el pulmón depende de varios factores, como la aerodinámica, la densidad, la carga eléctrica y las fuerzas foréticas, que pueden influir en el mecanismo de sedimentación después de la inhalación4. Generalmente, las partículas grandes (> 6 μm) se depositan en la vía aérea superior, las partículas de tamaño mediano (2-6 μm) pueden depositarse en las vías respiratorias más pequeñas y las partículas pequeñas (<2 μm) alcanzan la región alveolar5. Se ha descrito que las esporas de Aspergillus (2-3 μm) alcanzan los espacios alveolares, pero los informes de patología clínica también indican una carga significativa de enfermedad bronquial y bronquiolar6. También hay un creciente reconocimiento de infecciones fúngicas endobronquiales por Aspergillus fumigatus, Coccidioides immitis, especies de Candida, Cryptococcus neoformans, Histoplasma capsulatum y Zygomycetes debido a la creciente popularidad de la broncoscopia flexible7. Los avances recientes en la obtención de imágenes microscópicas de las infecciones por Aspergillus en ratones también han revelado que los espacios aéreos más proximales, como los bronquios y los bronquiolos, pueden soportar la mayor carga de proliferación fúngica patológica8. La investigación sobre la respuesta del huésped a las infecciones fúngicas pulmonares ha demostrado que tanto las células epiteliales bronquiolares como las células epiteliales alveolares desempeñan un papel importante como centinelas inmunes, por lo que dilucidar los sitios exactos de deposición de esporas e interacción epitelial será vital para trabajos futuros 2,9,10.
El estudio de esta dinámica de la patogénesis de las vías respiratorias proximales es difícil porque las técnicas estándar de fijación pulmonar y preparación de secciones pueden desplazar las esporas de estas posiciones proximales en las vías respiratorias revestidas epitelialmente y empujarlas hacia las regiones alveolares terminales distales. Por lo general, se usa formalina al 10% o paraformaldehído al 4% para inflar los pulmones y exponer rápidamente todo el pulmón al fijador. Al preparar los pulmones para la criosección, algunos grupos administran un compuesto de temperatura óptima de corte (OCT) en los pulmones para mejorar el rendimiento de la criosección11. Estas prácticas son útiles en el contexto adecuado, pero nuestro laboratorio y otros grupos han encontrado que desplazan las esporas y las partículas de las ubicaciones proximales, lo que interfiere con las interpretaciones sobre los tipos de células expuestas a las esporas y la posterior respuesta del huésped12.
Para establecer con precisión la localización microanatómica de las esporas de hongos inhaladas, hemos desarrollado un método rápido y de bajos recursos para la preservación de la ubicación de las esporas de hongos en las vías respiratorias de los ratones. Adaptamos un método de fijación de perfusión vascular con inflado de aire murino de Thomas et al. (2021), donde redujimos la cantidad de equipo, tiempo y habilidad técnica necesarios para lograr un resultado satisfactorio13. A partir del método descrito aquí, hemos observado que los artroconidios de Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ (de 3-5 μm de tamaño) se acumulan más proximalmente de lo que se ha mostrado anteriormente, es decir, en los bronquiolos distales y en las uniones bronco-alveolares en lugar de en los alvéolos terminales. Esta información puede enfocar preguntas biológicas relacionadas con los tipos de células críticas asociadas con estas regiones del pulmón y su influencia en las respuestas tempranas a las esporas de hongos inhaladas.
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Todos los métodos descritos en este protocolo han sido aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de Rutgers Biomedical Health Sciences.
1. Marcar las esporas con fluorescencia intracelular
2. Inocular esporas de ratón mediante inhalación por aspiración con anestesia con isoflurano
PRECAUCIÓN: El isoflurano es un agente anestésico volátil y debe usarse dentro de una cabina de bioseguridad con conductos o una campana de gases.

Figura 1: Aparato para el método de inoculación de esporas en gota abierta de isoflurano. Se coloca una servilleta doblada en el fondo de un frasco con tapa de rosca de 1 L, y luego se inserta una malla de plástico circular para que actúe como plataforma para los ratones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Eutanasia de ratones
4. Perfusión de pulmones con PBS y formalina
5. Inflar el pulmón perfundido en el aire
6. Fijación por inmersión y deshidratación
7. Crioseccionamiento
8. Preparación y bloqueo de correderas
9. Inmunotinción
10. Imágenes mediante microscopía fluorescente
11. Análisis espacial a través de QuPath
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En última instancia, este método produce imágenes inmunofluorescentes de los pulmones de los ratones utilizando el inflado fisiológico del aire para dejar las vías respiratorias intactas. Es importante destacar que varios puntos de control a lo largo del camino confirmarán que los componentes del protocolo se han realizado correctamente. Durante la inoculación, es importante confirmar que el inóculo fue aspirado palpando "crepitaciones" en la pared torácica posterior del ratón que indican que el líquido ha entrado en las...
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Hemos establecido una tubería para la inhalación de esporas y el análisis de la deposición espacial de las esporas inhaladas. Esta tubería proporciona información valiosa para determinar las regiones estromales relevantes del pulmón afectadas por la inhalación de artroconidia por Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ. Hemos observado que las esporas de Coccidioides y las partículas inertes de tamaño similar (datos no mostrados) se acumulan en las regiones bronquiolares...
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Los autores no tienen nada que revelar.
La financiación y el apoyo se adquirieron a través de la subvención K22 AI153678-01 de los NIH y la Escuela de Estudios de Posgrado de Rutgers. Agradecemos a Fawad Yousufzai y Luke Fritzky del Rutgers Biomedical Health Sciences Cellular Imaging and Histology Core por su trabajo y experiencia en la obtención de imágenes inmunofluorescentes.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 18 G, 1 1/2 aguja (305185) | Fisher | 305185 | |
| 1 L Tarro con tapa de rosca (Nalgene) | Fisher Scientific | 11-823-33 | |
| Air-Tite Jeringas no estériles a granel 10 mL Luer Lock | Fisher | 14-817-175 | |
| AnaSed Inyección (solución estéril de xilacina) | Akorn | 59399-110-20 | |
| Bloqueador y diluyente sin animales, R.T.U. | Vector | SP-5035-100 | |
| BD Insyte Autoguard Catéter IV blindado con alas con catéter BD Vialon Material 18 G x 1.88 en | BD | 381547 | |
| BD Pharmingen Rata purificada Anti-Ratón CD16/CD32 (Ratón BD Fc Block™) | BD | 553142 | |
| CellTracker Naranja CMRA Tinte | Fisher Scientific | NC0873640 | |
| CFSE | Labviva | 75003 | |
| Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ | BEI Resources | NR-166 | |
| Corning Filtros de 70 micras | VWR | 10054-456 | |
| EpCAM AlexaFluor647 anticuerpo monoclonal | Biolegend | 118211 | |
| Exel International HYpodermic Needles 30 G x 1/2" | Labviva | EN3012 | |
| Fisherbrand Jeringas estériles de un solo uso (1 ml, deslizamiento de Leur) | Fisher | 14-955-462 | |
| Glucosa Monohidrato | Azer Scientific | ES17530-500G | |
| Grasa de alto vacío | VWR | 59344-055 | |
| Hoechst 33342 Solución 20 mM (5 mL) | ThermoFischer | 62249 | |
| Isoflurano USP | Covetrus | 29405 | |
| Clorhidrato de ketamina | Dechra 1000001250 | ||
| KIMWIPES Limpiaparabrisas para tareas delicadas (4,4'' x 8,4") | VWR | 21905-026 | |
| Lexer Tijeras para bebés | FST | 14078-10 | |
| Pinzas Micro-Adson | FST | 11018-12 | |
| Formol tamponado neutro (10%) (Azer Scientific) | Fisher | 22-026-350 | |
| Nunc EasYMraces de cultivo de tejidos en matraces de construcción, T75, tapones de filtro VWR | 15708-134 | ||
| PBS | VWR | 45000-446 | |
| Peel-A-Way moldes de incrustación | Sigma | E6032-1CS | |
| QuPath 0.5.1 Software | Código abierto | https://qupath.github.io/ | |
| Silk Suture tamaño de rosca 3/0 | FST | 18020-30 | |
| SlidesMicro Slides Superfrost Plus | VWR | 48311-703 | |
| SlowFade Glass Montaje antidecoloración de fraguado suave (2 mL) | ThermoFischer | S36917 | |
| Sacarosa | Sigma | S0389-500G | |
| Tissue-Tek O.C.T. Compuesto, Sakura Finetek | VWR | 25608-930 | |
| Tween 20 | ThermoFischer | J20605. | |
| Vector Laboratories ImmEDGE Juego de 2 bolígrafos de barrera hidrofóbica | Fisher Scientific | NC9545623 | |
| VWR Micro Coverglass, rectangulares (24 mm x 40 mm #1.5) | VWR | 48393-230 | |
| Malla de alambre de plástico blanco | MAPORCH 789862904922 | ||
| extracto de levadura | Fisher | BP9727-500 | |
| Zeiss AxioScan 7 | Carl Zeiss Microscopy GmbH | https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/imaging-systems/axioscan-for-biology.html | microscopio fluorescente multicanal |
| ZEN 3.7 Software | Carl Zeiss Microscopy GmbH | https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/software/zeiss-zen.html | software de microscopía |
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