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La fibrosi, ovvero la cicatrizzazione patologica dei tessuti, è l'ultima via comune per quasi tutte le malattie croniche degli organi e contribuisce a circa il 40% dei decessi nei paesiindustrializzati 1. Nel fegato, la fibrosi nasce da insulti cronici come l'epatite virale, l'uso di alcol o, in modo sempre più crescente, la malattia steatotica epatica associata a disfunzioni metaboliche (MASLD), che attualmente colpisce il 30-40% degli adulti negli Stati Uniti. Gli insulti cronici al fegato e la conseguente fibrosi progressiva aumentano drasticamente il rischio di malattie epatiche terminali come cirrosi, insufficienza epatica e carcinomaepatocellulare 2. 3,4,5.
Le cellule stellate epatiche (HSC) sono centrali per l'omeostasi epatica e la fibrogenesi. Nel fegato sano, gli HSC si trovano in uno stato di quiescenza, con accumulo di vitamina A, e contribuiscono all'omeostasi degli epatociti e, in generale, dell'interofegato 6,7. Questo è chiaramente dimostrato dagli studi di deplezione degli HSC, in cui la rimozione di quasi tutti gli HSC nel fegato sano diminuisce la massa epatica e limita gravemente la rigenerazioneepatica 7,8. Al momento della lesione, gli HSC si attivano in cellule simili a miofibroblasti che proliferano, migrano nelle aree danneggiate e producono una matrice extracellulare eccessiva (ECM), formando cicatrici fibrotiche. Le HSC attivate nel fegato fibrotico sono anche la fonte di fibroblasti associati al cancro e svolgono ruoli promoventi tumorali nel carcinomaepatocellulare 9,10,11,12. Gli HSC quiescenti possiedono una morfologia unica simile a quella dei neuroni con piccoli corpi cellulari da cui si estendono proiezioni a lungo raggio. Le HSC assumono una forma piatta e simile a un foglio di miofibroblasti quando attivate nella fibrosi13. Sebbene decenni di lavoro abbiano chiarito le vie di segnalazione che controllano la produzione di ECM da parte degli HSC, il significato funzionale della loro morfologia neuronale distinta, come viene regolata, se possa facilitare interazioni all'interno del nicchio degli HSC e contribuire alla fibrogenicità e alla malattia degli HSC restano sfuggenti14,15.
I metodi attuali per visualizzare la morfologia degli HSC sono limitati a immagini bidimensionali (2D) di cellule coltivate in vitro o di sezioni di tessuto in vivo , e raramente catturano l'intera morfologia degli HSC con proiezioni che estendono diverse lunghezze cellulari in tutte le direzioni. Inoltre, il marcatore HSC più comunemente utilizzato, la desmina, non può catturare completamente la morfologia unica simile a quella neuronale degli HSC nella colorazione immunofluorescenza, poiché la desmina è una proteina citoscheletro che marca solo filamenti intermedi all'interno degli HSC16. Queste sfide metodologiche finora hanno ostacolato la capacità di catturare pienamente la morfologia dell'HSC e le loro interazioni cellulari in modo tridimensionale (3D) nel loro contesto naturale a risoluzione a singola cellula. Di conseguenza, questioni fondamentali su come la morfologia degli HSC si relazioni al loro stato funzionale e alle interazioni con i tipi cellulari vicini sono rimaste irrisolte.
Questo articolo presenta una pipeline innovativa e completa di imaging e analisi per visualizzare e modellare la morfologia degli HSC in tessuto epatico intatto. Questo metodo integra diverse innovazioni chiave: (1) marcatura fluorescente degli HSC utilizzando modelli genetici di topo reporter, (2) perfusione e fissazione epatica ottimizzata in situ per preservare l'architettura tissutale intatta e le relazioni cellulari, (3) un protocollo modificato di pulizia dei tessuti basato su iDISCO per ottenere trasparenzaottica 17, (4) microscopia confocale ad alta risoluzione per la cattura di immagini in profondità, e (5) un flusso di lavoro computazionale personalizzato per la ricostruzione delle immagini 3D e la quantità quantitativa analisi di singoli HSC. Il protocollo impone alcuni vincoli sulla dimensione del tessuto e sull'impegno temporale che devono essere considerati. Insieme, questo protocollo fornisce un quadro robusto e riproducibile per catturare la complessa struttura 3D degli HSC e per mappare le loro relazioni spaziali con le cellule vascolari, immunitarie e parenchimantiche vicine. Le strategie e le pipeline presentate qui per il fegato sono facilmente adattabili anche ad altriorgani 17,18,19.