אנו מראים, כיצד להשתמש 2-פוטון מיקרוסקופית לצורך השגחה של הדינמיקה של גרנולוציטים נויטרופילים בריאות נגוע בזמן שהם phagocytose פתוגנים או לייצר מלכודות תאי נויטרופילים (סלים).
מאמר שיטה
אנו מראים, כיצד להשתמש 2-פוטון מיקרוסקופית לצורך השגחה של הדינמיקה של גרנולוציטים נויטרופילים בריאות נגוע בזמן שהם phagocytose פתוגנים או לייצר מלכודות תאי נויטרופילים (סלים).
לאחר העיכול, הריאות הוא השטח השני בגודלו עבור האינטראקציה בין הגוף חוליות ואיכות הסביבה. הנה, חילופי גז יעיל חייבת להישמר, ואילו באותו זמן הימנעות זיהום על ידי פתוגנים רבים כי הם נשאפים במהלך נשימה רגילה. כדי להשיג זאת, סט מעולה של אסטרטגיות ההגנה שילוב מנגנוני החיסון הלחות ואת הסלולר קיים. אחד האמצעים היעילים ביותר להגנה אקוטית של הריאות הוא גיוס של נויטרופילים, אשר גם phagocytose פתוגנים בשאיפה או להרוג אותם על ידי שחרור חומרים כימיים ציטוטוקסיות. בנוסף האחרונים לארסנל של נויטרופילים הוא לשחרר נפץ שלהם NETS תאי ה-DNA על ידי חיידקים או פטריות, אשר יכול להיתפס או מומת גם לאחר שחרור התאים NET מתו. אנו מציגים כאן שיטה המאפשרת להתבונן ישירות אחד נויטרופילים, נודדים בתוך ריאה נגועה לאחרונה, phagocytosing פתוגנים ופטריות כמו גם לדמיין את NETS נרחב שהם יצרו לאורך הרקמה הנגוע. השיטה מתארת את הכנת פרוסות עבות ריאות קיימא 7 שעות לאחר ההדבקה intratracheal של עכברים עם conidia של העובש אספרגילוס fumigatus ובדיקה שלהם על ידי מיקרוסקופ ססגוניות 2-פוטון זמן לשגות. גישה זו מאפשרת לנו לחקור ישירות הגנה נגד פטריות ברקמת הריאה יליד ובכך פותח דרך חדשה עבור החקירה מפורט של חסינות ריאתי.
1. זיהום
2. ריאות הכנה
3. 2-פוטון לייזר מיקרוסקופיה
4. נציג תוצאות
אם נעשה כראוי הדמיה יפיק 2 - או 3 צבעים שקופיות או סרטים. למרות צביעה נעשה בהליך עיבוד פוסט ועל כן להתאמה בחופשיות, אנחנו בדרך כלל לבחור ערכת צביעה המשקף את הצבע הטבעי של צבע / אות, אשר מזוהה בערוץ יחסית. לפיכך, צבעי Sytox מתוארים אדום, פטריות, כמו גם את האות SHG מוצג כחול, אם קיימת, EGFP שכותרתו תאים מוכתמות בירוק. בדוגמה הראשונה (איור 1) את האות SHG כחול מתאר את סיבי רקמת הריאה הלא נגועים לבין האות אדום Sytox מופק על ידי גרעין של הריאה תושב תאים יחתכו אותי vibratome. בדוגמה השניה (איור 2) הריאות נגוע מוצג, שם שניהם, מבנים מכתשיים כמו גם ההמונים פטרייתי, יופיעו בכחול, בעוד הגרעינים ורשתות מוכתמות באדום. הדוגמה השלישית (איור 3) היא מבעל חיים מהונדס ליס-EGFP שבו בנוסף למבנים כחול ואדום נויטרופילים ירוק ניתן גם לראות. הגירה של נויטרופילים phagocytosis שלהם אלמנטים פטרייתי בודדים רצפי זמן לשגות מוצג בסרט משלים.

באיור 1. המראה של פרוסת שאינם נגועים ריאה בצבע-2 2 פוטון מיקרוסקופית. פרוסת ריאות הוכן מתוך עכבר C57/BL6 הלא נגוע צילמו כמפורט בפרוטוקול. מתפרסמות כאן את האות SHG של מבנה רקמות מכתשיים (א), את האות Sytox של גרעיני תאים לחתוך לפתוח במהלך תקופת ההכנה של הפרוסה ריאות (ב), וכן כיסוי של שני ערוצים (C). שטח ארוזות (ג) נראה מוגדל (ד '). שימו לב רקמה סיבית בחלק התחתון של הריאות פרוסה לעומת הארגון מכתשיים בבירור בתוך נשימה פעיל בתחומים של הריאה לעיל.

איור 2. המראה של פרוסת ריאות של בעל חיים נגוע מסוג אספרגילוס בר צבע 2 2 פוטון מיקרוסקופית. פרוסת ריאה מן העכבר C57/BL6 נגוע 7 שעות לפני כן עם א ' fumigatus הוכן צילמו כמפורט בפרוטוקול. המוצג הוא מבנה פטרייתי בשילוב SHG של הרקמה מכתשיים (א), את האות Sytox של רשתות ה-DNA, כמו גם גרעין התא לחתוך לפתוח במהלך תקופת ההכנה של הפרוסה ריאות (ב), וכן כיסוי של שני ערוצים (C) . שטח ארוזות (ג) נראה מוגדל (ד '). לידיעתך, באזורים שונים בבירור ההמונים פטרייתי, alveoli, ו-NET המבנים המסומנים באותיות, F ו-N, בהתאמה.

איור 3. המראה של פרוסת ריאות של בעל חיים נגוע ליס-EGFP אספרגילוס בצבע 3 2 פוטון מיקרוסקופית. פרוסת הריאות של עכבר ליס-EGFP נגוע 7 שעות לפני עםא fumigatus הוכן צילמו כמתואר בפרוטוקול. המוצג הוא מבנה פטרייתי SHG בשילוב של רקמות מכתשיים (כחול), את האות Sytox של גרעיני תאים ורשתות (אדום), וכן גם נויטרופילים רבים (ירוק).

משלימה דמות 1. קיבעון עכבר עבור אינטובציה. תחת הרדמה Ketamin / Rompun החיה קבוע עם גומייה על השיניים שלה כדי להקל על אינטובציה עם צנתר ורידי שכינת 22g.

משלימה דמות 2. עכבר אוורור מכני. העכבר צנרר נגוע על ידי יישום זה של 7 נבגים 1x10 resuspended ב 100 μl PBS. הפצה מוגברת של חלקיקים פטרייתי בתוך הריאה מושגת על ידי אוורור מכני העכבר נגוע הנשמה חיה קטנה.

משלימה דמות 3. האונה ריאות קיבעון. לאחר הכנה של האונה הימנית איבר הריאות הוא קבוע בצלחת פטרי על ידי שימוש מכונת כביסה שטוח מעבדה מתוצרת כי הוא מכוסה על ידי מערכת של חוטי ניילון במקביל.

משלימה דמות 4. 2-פוטון ההתקנה הדמיה. צלחת פטרי שמכילה את האונה ריאה ימין מותקן על מחצלת חימום תחת מיקרוסקופ 2-הפוטון לאחר תוספת של ה-DNA Sytox צבע כתום.
הסרט משלים:. נויטרופילים נויטרופילים נודדות phagocytosing אלמנטים פטרייתי בריאות אספרגילוס נגוע כפי שניתן לראות על ידי זמן לשגות 2-פוטון מיקרוסקופית של h חי פלח 7 ריאות לאחר ההדבקה עם הפטרייה הם ירוק, פטריות מרכיבים SHG הם כחול, גרעיני תאים כמו גם NET-המבנים מתוארים אדום. השעה האמיתית של הניסוי מוצג בפינה הימנית התחתונה. סרגל מידה מתאר 50 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות וידאו
בזמן אמת 2-פוטון מיקרוסקופית in vivo או באיברים שלמים צברה חשיבות רבה במחקרים העוסקים הפיזיולוגיה של תאים חיסוניים במהלך 10 השנים האחרונות. זה היה עם הטכניקה הזו, כי אירועים חשובים כמו הדינמיקה של הפעלת תא T בתוך בלוטות הלימפה הראשון הפך גלוי 2-4. לאחרונה, חוקרים החלו גם לנתח פונקציות סלולריות ספציפיות כמו הצעדים הראשונים בדור מפעיל תאים ברקמות הלימפה שימוש בגישה זו 5.
עם זאת, למרות מספר מושגים ביולוגיים חדשים נחשפו באמצעות שיטה זו, ישנם עדיין מאתגרת שאלות חשובות עבורו אין מחקרים להדמיה intravital פורסמו עד כה. יש לציין כי זו חלה על הריאות של יונקים. ההיבט המעניין של האיבר הזה, כנמל כניסה עבור מגוון רחב של פתוגנים מוטס, עושה את זה אחד המשטחים החשוב ביותר שבו תהליכים מתרחשים החיסונית בגופם של יונקים. עם כל נשימה על תוחלת החיים, חלקיקים לא רצויים הם נשאפים שבחלקם יש פוטנציאל לגרום לזיהומים מסכני חיים 6. זה מובן מאליו כי במקום כה רגיש וסיכנו רשת הדוקה של מנגנוני הגנה צריך להיות נוכח מציג את רפרטואר שלם של המערכת החיסונית. מצד שני זה מאוד חשוב שהמאבק החיסונית הנגרמת נגד פתוגנים פוטנציאליים מקום כזה "מלוכלך" נתונה לפיקוח הדוק. תגובות מוגזמות של המערכת החיסונית לשאת בסיכון גבוה של פגיעה בגופו על ידי פציעה של רקמות איבר מאסיבי על גירוי של תא החיסון נוקבים פעולות 7,8.
לאור המחשבות האלה זה יהיה מעניין מאוד מועיל יש את האפשרות לחקור את התנהגות התא בריאות יונקים תחת נכון בתנאים vivo. עם זאת, העובדה כי מערכת כזו עד כה לא יושמו בהצלחה בבירור מצביע על הקשיים העצומים שיש לפתור בהקמת פרוטוקול עבודה. האתגר התובעני ביותר כנראה הוא יציבות להתמקד. הריאות כגוף האחראי על הנשימה תחת תנועה מתמדת בכל שלושת הכיוונים של מרחב לממש שאיפה. תנאי זה לבד גורם לבעיות הדמיה חמורים יכולים להיחשב imagers intravital "סיוט". כבר תנועה קלה מימד בחלל יש השפעה מסיבית על הידרדרות להציג את מיקרוסקופיים, אשר צריך להיות יציב עם דיוק מיקרומטר על מנת להפיק תמונות בעלות משמעות 9. בהתחשב להתמקד הדוק מטבעו שלה המקומיות 10, 2-פוטון מיקרוסקופית הוא אפילו רגיש יותר אי יציבות מוקד, כמו פריקה של מבנה מסוים בטווח של רק כמה מיקרומטרים בכיוון-Z שווה לאובדן מלא של המוקד ובכך הניסוי נכשל.
פרוטוקול שהוצג במחקר זה לצורך השגחה של תאים חיסוניים בתוך הריאה Murine עדיין לא ביישום vivo, אלא הערכה קרובה למצב ריאה שלם מבחינה תפקודית 11. גישות Ex vivo עבור לימפוציטים הדמיה, למשל הלימפה explanted צמתים, הוכחו להניב תוצאות שוות ערך אמיתי תצפיות vivo 12 וכך הן רלוונטיות מאוד 5. בתצפיות באתרם פרוסות ריאה, אשר אפשרי רק עם הגישה שלנו, יתקיים ריאות נגוע זמן קצר לאחר כריתה. שלמות 3D בתהליך חיתוך מובטחת על ידי מטריקס agarose, צעד חיוני כדי לאפשר תהליך חיתוך מבוקר בדיוק של הריאה. אמנם יש צורך לקרר את הריאות explanted לתקופה קצרה כדי לאפשר התמצקות של מטריקס agarose, ניתן לחזור בתנאים פיסיולוגיים ליד עבור תאים לאחר חיתוך rewarming של הרקמה. זו מוצגת בבירור הנתונים שלנו, אשר מראים כי בתנאים אלה נויטרופילים פעילים מאוד ולהציג את מלוא הפוטנציאל שלהם כמו phagocytes זריז, אשר נחוצים פינוי יעיל של זיהום Aspergillus fumigatus. הם מפטרלים רקמת הריאה עובר דרך אפיתל מחסומים כדי להגיע לחלקים הפנימיים של alveoli פעיל יתר על כן הם תופסים נבגי פטריות 11. ממצא מרכזי של עבודה זו הייתה הופעתו של מבנים דומים מלכודות תאי נויטרופילים (סלים) של אספרגילוס האיבר הנגוע. NETS הם ממצא האחרונות מאוד של הרומן מנגנון הגנה נויטרופילים 13. עם זאת, מאז הדיווח הראשוני שלה בשנת 2004, מספר מצבים פיזיולוגיים או פתולוגיים במודלים של בעלי חיים או בני אדם שבו התופעה נצפתה או חסר כבר בפיצוץ הגדלת 14-16. מעניין לציין, כי כל כך הרבה עבודה כבר בילה על מבנים אלה על ידי קבוצות רבות ושונות כל כך, רוב הדיווחים הם עדיין ברמה תיאורי מאוד ולא הרבהידוע על מנגנון של שחרור NET ורגולציה שלה. עם פרוטוקול שלנו הצלחנו בפעם הראשונה כדי להראות סיבים NET בריאה נגוע. יתר על כן, אנחנו יכולים להדגים את החשיבות של נויטרופילים גייס טרי, כמו גם מבנים מולקולריים פטרייתי עבור המופע שלהם או עיכוב 11. זה מראה בבירור את הפוטנציאל של השיטה שלנו כדי לחקור את אחד השלבים של היווצרות NET ביתר פירוט. אפשר לחשוב למשל להשתמש נויטרופילים מעכברים מתאים עקום החוצה כדי לבחון את יכולתם של היווצרות NET בניסויים העברת המאמצת.
לכן, למרות תצפית ישירה של העלייה נויטרופילים מן הדם ההיקפיים אינו אפשרי עם המערכת הזו בשל חוסר אספקת דם לאחר explantation איברים, אנחנו עדיין מאמינים כי פרוטוקול שלנו היא גישה יקר יחסית קל לטפל המאפשר הדמיה של צעדים מוקדם או מאוחר בהגנה החיסונית כנגד דלקות ריאה. זהו, אפוא, צעד חשוב לקראת חוקרת את התופעה בתוך הריאות בנשימה של בעלי חיים.
המחברים מבקשים להודות ד"ר לארס Philipsen לעזרה עם אופטימיזציה של סרטים intravital, ד"ר יונתן לינדקוויסט עבור בזהירות לקרוא את כתב היד, וכל אנשי המעבדה Gunzer לדיונים הערות מועילות במהלך הפיתוח של השיטה. עבודה זו מומנה על ידי תרומות של דויטשה Forschungsgemeinschaft (DFG, SFB 854) ל MG