$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Fagocytose is een essentieel cellulair proces dat wordt uitgevoerd door professionele fagocyten die in het weefsel wonen, zoals macrofagen en dendritische cellen, evenals niet-professionele fagocyten, zoals epitheelcellen en fibroblasten, die vreemde deeltjes opslokken en afbreken. Deze cellen internaliseren en elimineren vreemde deeltjes, ziekteverwekkers of celresten, wat aanzienlijk bijdraagt aan de immuunafweer en weefselhomeostase1. Dit proces begint met de herkenning van ziekteverwekkers, puin of deeltjes door middel van patroonherkenningsreceptoren (PRR's), zoals Toll-like receptoren (TLR's), die binden aan pathogeen-geassocieerde moleculaire patronen (PAMP's)2. Deze herkenning veroorzaakt de vorming van een fagocytische beker, waar plasmamembraanuitsteeksels zich uitstrekken rond het doeldeeltje3. Actinefilamenten spelen een cruciale rol in deze stap en drijven de membraanremodellering aan die nodig is voor deeltjesverzwelging4. Zodra het deeltje is ingesloten in een fagosoom, wordt een membraangebonden blaasje gevormd. Het fagosoom ondergaat rijping, gekenmerkt door de fusie met vroege en vervolgens late endosomen, gevolgd door de opname van lysosomen die hydrolytische enzymen bevatten5. Deze enzymen, zoals cathepsines, lysozym en nucleasen, worden geactiveerd door verzuring in het fagosoom, bereikt door vacuolair ATPase (V-ATPase), waardoor de pH wordt verlaagd tot 4,5-5,5. Het afbraakproces wordt afgesloten met de exocytose van restanten uit de cel. Stoornissen in dit dynamische en complexe proces kunnen leiden tot aanzienlijke immuunuitdagingen 6,7,8.
Om het complexe cellulaire proces van fagocytose nauwkeurig te evalueren, is er behoefte aan verbeterde en gemakkelijke methoden voor het monitoren van de belangrijkste cellulaire gebeurtenissen van fagocytose. Traditioneel omvat de monitoringmethode voor kwantificering van fagocytose technieken zoals het fixeren van fagocyten op vooraf bepaalde tijdsintervallen voor microscopische visualisatie, het meten van de internalisatie van kleurstof-gelabelde doelen door middel van beeldvorming of flowcytometrie of het tellen van het aantal doelcellen dat overblijft na een bepaalde duur van fagocytose, Deze methoden leggen echter niet de fluctuaties van minuut tot minuut vast die optreden tijdens het fagocytoseproces9. Bovendien is het mogelijk dat methoden die gebaseerd zijn op indirecte indicatoren zoals de opname van kleurstof de werkelijke fagocytische gebeurtenissen niet nauwkeurig weergeven vanwege mogelijke passieve kleurstofoverdracht10.
Recente ontwikkelingen op het gebied van beeldvorming van levende cellen, flowcytometrie en kleuringstechnieken hebben een revolutie teweeggebracht in ons vermogen om fagocytose met hoge spatiotemporele precisie te monitoren. Beeldvorming van live-cellen maakt bijvoorbeeld continue observatie van dynamische processen mogelijk met sequentiële gebeurtenissen die11 volgen. Flowcytometrie wordt veel gebruikt voor het analyseren van zoogdiercellen en het detecteren van biomarkers in klinisch onderzoek12. Traditionele FC-methoden zijn echter niet toegerust om de morfologische en ruimtelijke kenmerken van individuele cellen te evalueren12. Imaging Flow Cytometry (IFC) dient als een robuust alternatief dat het mogelijk maakt om gedetailleerde informatie van afzonderlijke cellen te verzamelen. IFC combineert de analytische mogelijkheden van flowcytometrie met beeldvorming met hoge resolutie, waardoor analyse van één cel met morfologische en ruimtelijke details mogelijk is. Verschillende deeltjes, waaronder fluorescerende latexkorrels, zymosan-APC en synthetische nanodeeltjes, worden vaak gebruikt om fagocytose te bestuderen en inzicht te krijgen in receptorbetrokkenheid, fagosoomvorming en immuunresponsen12.
In tegenstelling tot conventionele biochemische technieken, die doorgaans gebaseerd zijn op eindpuntanalyse, biedt beeldvorming van levende cellen continue, dynamische monitoring van cellulaire processen. Deze methode biedt een hoge spatiotemporele resolutie en de mogelijkheid om sequentiële gebeurtenissen bij fagocytose waar te nemen. Als gevolg hiervan is het een krachtig hulpmiddel voor het bestuderen van het complexe proces van fagocytose, waardoor nauwkeurigere en gedetailleerdere inzichten in cellulair gedrag en mechanismen mogelijk zijn13.
Naast de vooruitgang in beeldvormingssystemen is er behoefte aan slimme fagocytische deeltjes die fagocytische gebeurtenissen duidelijk kunnen markeren, met name de degradatiestappen die plaatsvinden in het fagosoom. Fagocytosestudies maken vaak gebruik van deeltjes zoals latexkralen, zymosan, bacteriën, apoptotische cellen en synthetische nanodeeltjes om mechanismen zoals receptorbetrokkenheid, fagosoomvorming en immuunresponsen te onderzoeken. Hoewel deze deeltjes waardevolle inzichten bieden, hebben ze beperkingen bij het volgen van het volledige afbraakproces of het direct beoordelen van de rijping van fagosomen. Latexkralen zijn bijvoorbeeld niet biologisch afbreekbaar en kunnen geen afbraak aantonen, terwijl zymosan en bacteriën vaak een complexe etikettering vereisen en mogelijk geen consistente afbraakprofielen opleveren14,15.
Onze vorige studie toonde het nut aan van GB, een traditionele Ayurvedische formulering die voornamelijk bestaat uit calciumsulfaat, als een ideaal deeltje voor het bestuderen van de rijping en afbraak van fagosomen16. GB lost na verloop van tijd op in de zure omgeving van het fagosoom, waardoor een duidelijke visualisatie van de degradatie van deeltjes mogelijk is. Bovendien vergemakkelijkt het vermogen van GB om robuuste vacuolevorming te induceren het onderzoek naar verschillende stadia van fagosoomrijping, van vroege vorming tot verzuring en uiteindelijke resolutie. In tegenstelling tot andere deeltjes, elimineert GB de noodzaak van externe labeling, waardoor een zelfvoorzienend systeem wordt geboden om de volledige levenscyclus van fagosomen te bestuderen, waardoor het een ideaal model is voor het begrijpen van de dynamiek van fagocytose en geassocieerde aandoeningen16.
Deze studie presenteert een gestandaardiseerd en reproduceerbaar protocol dat is ontworpen om door deeltjes geïnduceerde fagocytose en vacuolevorming te evalueren met behulp van Godanti Bhasma (GB) in zowel professionele (RAW 264.7) als niet-professionele (HeLa en 3T3-L1) fagocytische cellijnen. Het algemene doel van deze methode is om een robuust platform te bieden voor het bestuderen van cellulaire opnamemechanismen, vacuolaire biogenese en intracellulaire deeltjesverwerking in verschillende celtypen. GB werd gesuspendeerd in DMEM in een concentratie van 10 mg/ml, en om uniformiteit te garanderen, mochten grotere deeltjes bezinken terwijl de bovenste fractie werd verzameld voor experimenteel gebruik. Voor flowcytometrie-assays werden cellen gezaaid met een dichtheid van 2 x 105 cellen per putje in platen met 12 putjes, en 300 μL van de GB-werksuspensie werd aan elk putje toegevoegd. Voor op beeldvorming gebaseerde analyses werden 5.000-10.000 cellen per put gezaaid in platen met 96 putjes of op kamerglaasjes. Deze methode stelt GB vast als een betrouwbaar model voor het onderzoeken van vacuolevorming en deeltjesinternalisatie in diverse cellulaire typen.