Qui abbiamo descritto un metodo per l'elaborazione del fluido BAL per ottenere cellule T e AM CD4, insieme a PBMC abbinati, che possono essere studiati per studiare il serbatoio dell'HIV all'interno dei polmoni. Recentemente abbiamo riportato la quantificazione del DNA dell'HIV nelle cellule T CD4 da campioni di sangue periferico e BAL corrispondenti, e il nostro gruppo ha dimostrato che l'HIV è 13 volte più abbondante nelle cellule T polmonari CD4 rispetto a quelle del sangue periferico15. Tuttavia, i livelli di HIV DNA negli AM dipendono dai donatori e quindi, finora, non c'è stata una correlazione coerente tra i livelli di DNA dell'HIV nei linfociti rispetto ai macrofagi15. L'accesso a questi sottoinsiemi di cellule macrofagi primari, tuttavia, sarà uno strumento vitale per interrogare questa questione e ottenere una migliore comprensione del carico virale nel polmone nel contesto del serbatoio dell'HIV.
Nell'era pre-ART e in molti altri studi che utilizzano il liquido BAL, i partecipanti sono stati sottoposti a broncoscopia al fine di diagnosticare una patologia sospetta o ottenere una diagnosi microbiologica per i sintomi respiratori3. Tuttavia, siamo stati in grado di reclutare partecipanti senza sintomi polmonari attivi o patologie e tutti i partecipanti hanno firmato un modulo di consenso etico15. Siamo stati in grado di reclutare partecipanti dal nostro centro che hanno partecipato ad altri studi, come uno studio di screening spirologico per la malattia polmonare ostruttiva24, così come quelli sottoposti a altre procedure di ricerca, come la leucapheresis e Colonscopia. Ricerche precedenti tra le persone affette da HIV hanno dimostrato che l'altruismo è un fattore chiave che motiva la partecipazione agli studi di ricerca25. Come con molti esemplari umani, abbiamo notato una grande quantità di variabilità da persona a persona. Non c'era modo di "prevedere" da quali partecipanti avremmo ottenuto BAL con buone e scarse rese cellulari. A differenza del sangue periferico, che produce un numero abbastanza costante di linfociti, i numeri delle cellule nel liquido BAL sono molto variabili. Iniettare un volume salina maggiore nei polmoni (con la speranza di ottenere un maggiore ritorno del liquido BAL) non è sempre possibile in quanto grandi volumi di salina normale sono spesso associati a più tosse e un maggiore rischio di postbronoscopia della febbre. Abbiamo notato che l'uso di un broncoscopio di diametro più piccolo (piuttosto che più grande) ha permesso al respirologo di raggiungere più in profondità i bronchi e ottenere il fluido contenente maggiori quantità di cellule. Una scoperta coerente è stata che i fumatori di tabacco avevano proporzioni molto più grandi di AM rispetto ai linfociti all'interno del loro fluido BAL, che ci si aspetta come AR inghiottire i detriti e particolato. Inoltre, abbiamo osservato che il fluido BAL dei fumatori conteneva detriti che possono bloccare l'apparecchiatura utilizzata, come le macchine PCR e i citometri di flusso. Problemi simili possono essere osservati nelle aree ad alto inquinamento o gli individui esposti più frequentemente a una scarsa qualità dell'aria.
Per quanto riguarda il loro ruolo nella creazione di serbatoi di HIV e la persistenza virale, la purezza delle cellule T CD4 e dei AM è una considerazione chiave. Per questo motivo, abbiamo scelto di utilizzare lo smistamento delle cellule attivato dalla fluorescenza (FACS) per ottenere popolazioni cellulari altamente pure. È anche possibile che il liquido BAL raccolto possa essere contaminato dal sangue come qualche sanguinamento minore è previsto durante una broncoscopia; la presenza di cellule B ingenue indiche lo indicherebbe, e le cellule possono essere lavate in un buffer di lisi dei globuli rossi per aggirare questo problema. Un'altra sfida con lo studio del fluido BAL riguarda la quantificazione dei marcatori infiammatori e delle citochine, che sono importanti per comprendere la persistenza dell'HIV26. Poiché la saliera instillata diluisce il fluido BAL, i livelli di mediatori infiammatori e citochine possono essere difficili da misurare. Anche se è stato proposto un fattore di correzione dell'urea per tenere conto della diluizione, vi è relativamente poca letteratura che ne descrive l'uso27,28.
Gli AM sono altamente autofluorescenti, il che pone un problema durante lo smistamento delle cellule e l'analisi fenotipica della citometria del flusso. In particolare, l'effetto è più pronunciato nei fumatori i cui AM possono essere di colore completamente nero, influenzando significativamente la loro autofluorescenza. Quando viene utilizzata da un laser blu standard da 488 nm, l'autofluorescenza AM è al suo apice a circa 540 nm, che si sovrappone agli spettri di fluorescenza di coniugati comunemente usati come FITC e PE29,30. Vale la pena notare che due laser separati possono essere utilizzati per eccitare FITC e PE (ad esempio, PE dal giallo/verde e FITC dal laser blu 488). Per superare l'autofluorescenza intrinseca con FITC, abbiamo usato AM incontaminati per determinare lo sfondo dell'autofluorescenza. Inoltre, l'uso dei controlli di fluorescenza meno uno (FMO) può essere molto utile per combattere questi problemi tecnici. Possono essere utilizzate perline più grandi (ad es. 7,5 m), che sono più vicine per compensare le popolazioni di macrofagi, rispetto alle perle più piccole (ad es., 3,0 m), che possono essere utilizzate per compensare le popolazioni di linfociti. Un approccio ancora più appropriato sarebbe quello di utilizzare una piccola frazione di celle come controlli a singola macchia, utilizzando un marcatore noto e altamente espresso sul sottoinsieme, come HLA-DR o CD45, coniugato a ciascuno dei fluorocromi desiderati, il che consentirebbe un compensazione accurata di quanto può essere raggiunto con perline. Nel caso dei campioni dei fumatori, questa tattica è particolarmente utile in quanto i macrofagi sono molto più grandi e più autofluorescenti. Inoltre, dalla fase di preparazione, l'intero campione BAL potrebbe essere coltivato in una piastra prima dello smistamento, come descritto nella sezione 3 del protocollo, per consentire una separazione delle popolazioni per aderenza. In questo modo, i macrofagi aderenti possono essere isolati da altre cellule non aderenti come i linfociti. La compensazione è molto meno impegnativa se le popolazioni di linfociti e AM sono separate piuttosto che esaminate insieme; tuttavia, basandosi sull'aderenza si tradurrà in una perdita di macrofagi, che è una considerazione importante quando i numeri di cellule sono già limitanti. Inoltre, un passo di aderenza potrebbe provocare l'attivazione indesiderata di monociti aderenti, che possono influenzare i risultati a valle generati utilizzando queste cellule. Il valore di smistare le cellule in modo efficiente in popolazioni più pure deve essere ponderato rispetto alla restrizione di avere meno di tali cellule per esperimenti successivi.
Altri modelli, in particolare i modelli murini, sono stati utilizzati per studiare le caratteristiche immunologiche e la biologia del macrofago. Mentre questi modelli sono estremamente utili e consentono una grande comprensione di un tipo di cella che è difficile da manipolare, hanno limitazioni. Molti dei marcatori di superficie cellulare variano tra topi e esseri umani in modo tale che l'immunofenotipo delle AM umane non sia completamente compreso. Tuttavia, questo sistema modello richiede la messa in comune di diversi topi per i saggi a causa dei bassi numeri di cellulare disponibili da ogni animale. Inoltre, la necessità di mettere in comune gli esemplari preclude considerazioni di predisposizione genetica e sesso. Recentemente, è stato dimostrato che il sesso svolge un ruolo nell'infettività dei macrofagi da HIV-1 a causa dell'espressione disparata del fattore di restrizione SAMHD-131. I primati non umani (NHP) rappresentano il modello più vicino agli esseri umani e hanno facilitato lo studio dell'infezione da virus dell'immunodeficienza simiana (SIV) e del suo effetto sul sistema immunitario, fornendo informazioni sul ruolo dei macrofagi residenti nei tessuti rispetto macrofagi derivati da monociti. Nei macachi rhesus, è stato anche dimostrato che il macrofago polmonare si isola dal virus BAL che ospita un virus competente per la replicazione; un saggio di escrescenza virale (VOA) è stato utilizzato per analizzare il comportamento della SIV nelle cellule residenti nei tessuti32. Tale scoperta è di notevole valore di ricerca, ma deve ancora essere convalidata negli esseri umani prima di poter essere applicata, e l'alto costo dell'uso di NHPs preclude l'uso di grandi popolazioni campione. Inoltre, i MICROBI umani saranno utili per molte altre applicazioni come i saggi di infezione virale/microbica in vitro e negli studi di altri patogeni come la tubercolosi/coinfezione dell'HIV.