La tecnica di tributo umana è ben consolidata nel nostro laboratorio. Il presente documento fornisce una descrizione di questa tecnica e il suo uso per test di tossicità delle sostanze nel tessuto del polmone ex vivo. In generale, qualsiasi laboratorio usando che questa tecnica dovrebbe cercare di impostare un'analisi correlate definizione delle gamme quantificabili, stima della variabilità e controlli di qualità garantendo la validità dell'esperimento. Possibili procedure standard potrebbero essere, ad esempio, per ripetere ogni endpoint, ad esempio, l'analisi di citotossicità, in un minimo di tre donatori biologici (singole esecuzioni) con un minimo di due o tre ripetizioni tecnici per esempio tra cui positivo e riferimenti negativi. Laboratorio personale deve essere istruito per aumentare la coerenza di dosaggio e ridurre al minimo la variabilità di analisi.
Gli endpoint frequentemente utilizzati per valutare gli effetti immunomodulatori di sostanze sul tessuto polmonare comprendono la citotossicità misurazioni utilizzando dosaggi diversi (ad es., analisi di LDH, analisi WST-1, macchiatura analisi microscopica), rilascio di citochine assays, anche come cambiamenti nel profilo di espressione e caratterizzazione dei cambiamenti in popolazioni cellulari di immunohistopathological metodi6. Inoltre, ci sono tecniche che descrivono la visualizzazione delle cellule, quali le cellule dendritiche polmonare, in murino tributo28 che può essere trasferito anche al tributo umano e potrebbe quindi fornire la più ampia e approfondita la composizione cellulare prima e dopo il trattamento con sostanze citotossiche putativi.
Questo protocollo di base e la tecnica per la preparazione di sezioni di tessuto polmonare umano è paragonabile a tecniche che sono state descritte bene in pubblicazioni29. In breve, il materiale dell'organo è ottenuto da pazienti affetti da vivere-minacciando di malattie croniche come il cancro del polmone, che hanno sottoposto ad intervento chirurgico di resezione o trapianto. Gli studi devono essere approvati dal comitato etico locale. Consenso informato dei pazienti è richiesto. Creazione di un flusso di lavoro tra clinica e laboratorio è una questione critica e richiede comunicazione e definizione delle interfacce e delle infrastrutture tra entrambi i siti. Polmone umano materiale deve essere elaborata direttamente dopo resezione per preservare la vitalità del tessuto. Vale la pena ricordare che la tecnica qui descritta per tributo umano può essere applicata ai polmoni grandi e piccini e ai polmoni sani e malati. Negli Stati Uniti, ad esempio, è possibile ottenere i polmoni da donatori di organo sano che morti in incidenti o cui organi sono stati respinti per il trapianto.
Il primo passo fondamentale nel protocollo è l'inflazione delle vie aeree e del parenchima circostante con soluzione di agarosio. Questo passaggio è necessario per solidificare il tessuto molto morbido per la successiva procedura per affettare. La qualità del materiale di polmone umano, basato sullo sfondo la malattia, è fondamentale qui. Possono essere riempiti solo lobi con pleura intatto. I tumori di stadio finale nei pressi del Bronco a volte impediscono il processo di riempimento. Prima di gonfiare il materiale umano, la temperatura della soluzione di agarosio deve essere accuratamente controllato. Troppo sangue (o altri fluidi, essudati) dentro l'essere umano del tessuto polmonare si tradurrà in diluizione indesiderato di agarosio e influenzerà il processo di polimerizzazione. Dopo l'inflazione del tessuto polmonare e gelificanti di agarosio su ghiaccio, i polmoni sono tagliati in sezioni di spessore di 200 a 300 µm. Consistenza del tessuto è un problema molto critico. Se il tessuto è troppo morbido, taglio di sezioni uguali è difficile. Anche se la stessa microtomo parametri vengono impostati per ciascun donatore, lo spessore delle fette tra i donatori può variare, dovuta a singole condizioni e modifiche durante il gonfiaggio elaborano per ciascun polmone. Disomogenea riempimento del tessuto si tradurrà in spessori di sezione diversa. Invece di misura e lo spessore delle fette di standardizzazione, misura del contenuto proteico totale può essere utilizzato per monitorare indirettamente spessori fetta del polmone. Parecchie malattie di stadio finale ostacolano il processo di sezionamento; ad esempio, sangue vasi sono estremamente ispessiti in ipertensione polmonare e tessuto fibrotico può essere così rigido che affettare di cilindri di tessuto è appena possibile e la lama del microtomo deve essere sostituito molto spesso.
Dopo la preparazione del tributo umano e fasi di lavaggio intensivo, che sono necessarie per rimuovere i detriti cellulari e rilasciato enzimi, tessuto sezioni possono essere utilizzati per esperimenti29. TRIBUTO umano è coltivate in condizioni di coltura delle cellule normali ed esposti, per esempio, sostanze chimiche, farmaci o lipopolisaccaridi. Occasionale contaminazione di tributo a causa di infezioni (sconosciute) è un numero speciale nella cultura del materiale del polmone umano. Colture di tessuti mostrando infezioni devono essere scartati e l'apparecchiatura deve essere disinfettata accuratamente. Separazione spaziale tra luoghi di laboratorio utilizzati per la preparazione di un lato e coltura, d'altra parte, può aiutare per evitare infezioni crociate. Per quanto riguarda l'attrezzatura, il microtomo può esaurire e viti a testa esagonale allentati può portare a danni al motore e arresto del movimento della lama. Non ogni parte dell'affettatrice è fatta di acciaio inossidabile, e così esso si ossida se non asciugati immediatamente modificare pulizia. Per ovviare a problemi di attrezzature, può essere necessario disporre di almeno un dispositivo di backup.
In precedenti pubblicazioni, dell'agarosi sono stato segnalato per essere lavato fuori e rimosso durante intensi fasi di lavaggio dopo la preparazione. In realtà, questo non è possibile, l'agarosio non può essere rimosso. Per la rimozione completa di agarosio, ha bisogno di essere ri-fuso a temperature elevate, che avrebbero distrutto il tessuto. L'agarosio in alveoli e airways non interferisce con gli endpoint descritti. Altri endpoint potrebbe essere influenzato dalla presenza di agarosio (veda inoltre limitazioni). La necessità di preparare le sezioni di tessuto molto fresco deve essere sottolineato, come la vitalità del tessuto è una questione critica nella cultura. Broncocostrizione non è un parametro valido per la vitalità. Si consiglia di utilizzare almeno due o tre saggi di citotossicità indipendente per verificare la fattibilità del parenchima circostante; Questo deve essere verificata in ogni esperimento30. Controlli di qualità nelle analisi di citotossicità servono come indicatori di redditività di tessuto insufficiente. Pertanto, si raccomanda di valutare la capacità di risposta del tessuto, ad esempio, per un'efficace sostanza tossica come un detergente in tutti i saggi di citotossicità. Basato su curve dose-risposta, valori minimi e massimi di assorbimento devono essere definiti per saggi di citotossicità e incontrato per esperimenti successivi. Ulteriori modifiche al protocollo dipendono principalmente i prodotti chimici applicati e gli endpoint di interesse. L'applicabilità di sostanze chimiche altamente reattive o insolubile è limitato. La più alta concentrazione di solvente per DMSO è limitata all'1%. Concentrazioni più elevate possono essere utilizzati, ma possono provocare marcato rilascio di citochine pro-infiammatorie, quali IL-8. D'altra parte, lo stimolo utilizzato potrebbe essere relativamente debole. In questo caso, la quantità di tessuto può essere aumentata da due a quattro fette per pozzetto. Questo approccio limita la redditività a 24 h.
Una limitazione importante di tributo umano è che in Germania possono solo essere preparate da materiale di polmone umano malato. I pazienti che subiscono la chirurgia sono normalmente più di 50 anni e 80% dei pazienti affetti da cancro del polmone sono o utilizzata per essere fumatori. Farmaco di pazienti, quali i glucocorticoidi, può anche influenzare il risultato degli esperimenti utilizzando tessuto umano. Pertanto, è essenziale: i) convalidare ogni esperimento di riferimenti positivi verifica redditività, funzionalità e la sensibilità del tessuto individuale e ii) Croce-convalidare i risultati utilizzando tessuto polmonare sano, non malate, mezza età da animali da laboratorio (primati non umani come cynomolgus e, se possibile, mouse, ratto, cavia). Meglio il Punteggio di patologia del tessuto malato, meglio i risultati sperimentali. Tessuto pesante malato difficilmente può essere utilizzato e molto spesso spettacoli limitata redditività, i livelli di citochina insufficientemente bassa o estremamente alta, infezioni batteriche o fungine e meno broncocostrizione. Variazione di donatore a donatore è superiore rispetto con i risultati ottenuti da animali da laboratorio, che riflette la variabilità individuale degli esseri umani. Questo, tuttavia, non è una limitazione in generale; Come accennato in precedenza, in altri paesi (ad es., gli Stati Uniti) è possibile avere i polmoni sani da donatori di organo defunto rifiutati per trapianto. La reattività del tessuto è stato ben descritto per la prima fino a 48 h in esperimenti di esposizione acuta. Vitalità e funzionalità del tessuto è ridotta dopo molti giorni di cultura o dopo conservazione a-80 ° C. È possibile al tessuto polmonare umano di cultura per fino a circa 14 giorni. Attuabilità continua durante questo periodo; Tuttavia, si è osservato un aumento nella variabilità, nonché una perdita di funzionalità delle diverse popolazioni di cellule, quali i macrofagi, nel tessuto, con conseguente rilascio di citochine limitato in risposta ai mitogeni. Un'altra limitazione per alcuni endpoint è la presenza di agarosio nel tessuto, ostacolare, per esempio, l'isolamento di alta qualità e sufficiente quantità di RNA31 o la preparazione di sospensioni unicellulari per citometria a flusso successivo e fenotipizzazione delle cellule. La possibilità di acquisire conoscenze meccanicistiche in cella singola risposte e funzionalità è limitata.
Modelli di tessuto organotipiche, come tributo umano, sono considerati hanno un elevato impatto sulla ricerca di base e non clinici. Polmone umano materiale ha una composizione biologica che riflette l'architettura normale dell'organo. Esso contiene, ad esempio, cellule epiteliali bronchiali ed alveolari residenziale, cellule muscolari lisce, fibroblasti, cellule endoteliali, fibre nervose e macrofagi. Il tessuto è praticabile e le cellule rispondono a stimoli diversi. Del nervo fibre, anche se tagliato, può essere attivato localmente, che conduce al terminal risposte riflesse14. Di conseguenza, questo modello ex vivo offre la possibilità di studiare la risposta immune innata cellular, risposte di difesa, cytokine signaling e induzione degli indicatori della superficie delle cellule. Diversi miglioramenti nella tecnica, la coltura e la convalida di endpoint consentono l'utilizzo di tributo umano nella scienza traslazionale. Esempi di futuri approcci sono: i) validazione di nuovi obiettivi nel tessuto polmonare umano, ii) la valutazione della risposta immunitaria dopo l'esposizione, ad esempio, a prodotti chimici, farmaci, nanoparticelle, ecc., iii) il completamento del tessuto polmonare con le cellule immunitarie, tali come T-linfociti, iv) identificazione e modifica di modelli molecolari, per esempio, dopo l'esposizione a sostanze sensibilizzanti delle vie respiratorie, sostanze che inducono malattia o composti attivi inibendo le vie; Inoltre, v) vie respiratorie che ritoccano e vi) neuronale regolamento32. Campo scientifico è interessato a questi approcci attuali e futuri con tributo. Inoltre, ci sono una varietà di diversi sviluppi che contribuirà a migliorare la tecnica di tributo, quali cryo-conservazione20ed il tessuto stretching33 per imitare il movimento naturale del tessuto durante la respirazione o meccanico ventilazione.
Il principale vantaggio di tributo umano rispetto ad altri modelli 3D è la presenza di cellule immunitarie e fibre nervose. Esperimenti possono essere eseguiti anche nel topo, ratto e primati non umani, che sono le specie animali che più spesso vengono ancora utilizzate in farmacologia e tossicologia. La complessità del tessuto polmonare umano supporta la traduzione dei risultati da animale a uomo e da in vitro in vivo. Nel contesto dei saggi alternativi esistenti per l'identificazione dei sensibilizzatori respiratori, tributo umano è molto complesse e non consentono approfondimenti le risposte delle singole cellule. Eppure, microscopia e flusso cytometry potrebbe dare informazioni su risposte cellulari, se il proprio cellulare marcatore è usato in combinazione, ad esempio, con l'apoptosi, necrosi o marcatori intracellulari. Ci sono saggi pubblicati che sono stati convalidati e segnalati siano stati utilizzati per l'identificazione dei sensibilizzatori respiratori. Tuttavia, i progressi nell'uso di tributo con tutti i loro vantaggi rispetto le analisi unicellulare stanno dando un contributo prezioso nel senso che la tecnica può essere utilizzata per high throughput screening, come descritto da Watson et al. 34 hanno sviluppato un test di screening ad alta resa per predire la tossicità delle vie aeree in murino tributo di crioconservazione. Con il loro formato di tributo 96 pozzetti miniaturizzato, essi rilevati simili letture nel fluido di lavaggio murino, che rende tributo un'analisi di alto-rendimento fattibile.