Powierzchnie błony śluzowej służą jako fizyczne i immunologiczne bariery, zapewniając ochronę przed zewnętrznymi zagrożeniami wszechobecnymi w środowisku1,2. Ta ochronna bariera nabłonkowa może zostać naruszona, gdy organizmy chorobotwórcze zaatakują2. W przypadku patogenu bakteryjnego, to spotkanie często inicjuje proces zapalny poprzez aktywację wrodzonego układu odpornościowego i wyzwalanie szybkiej mobilizacji granulocytów pierwszej pomocy, znanych jako Neutrofile2-4. Czynniki chemotaktyczne ułatwiające rekrutację neutrofili są wytwarzane częściowo przez komórki nabłonka błony śluzowej, które starają się pozbyć gospodarza szkodliwego patogenu2-4. Nadmierny lub nierozwiązany naciek neutrofili na powierzchni nabłonka błony śluzowej może powodować znaczną patologię1,5. Jest to konsekwencja niespecyficznego uszkodzenia tkanek spowodowanego przez przeciwbakteryjny arsenał neutrofili5-7. W takich przypadkach zdolność usuwania neutrofili przez bakterie jest przyćmiona przez zniszczenie tkanki gospodarza podczas zakażenia. Zakłócenie funkcji ochronnej bariery nabłonkowej może prowadzić do zwiększonego narażenia tkanki leżącej poniżej na mikroorganizmy i/lub toksyny, co jeszcze bardziej zaostrza patologię choroby8,9. Konsekwencje te można zaobserwować w wielu układach narządowych, w tym w płucach i przewodzie pokarmowym1,5. Ponadto niezakaźne stany zapalne, takie jak ciężkie napady astmy, przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS) i nieswoiste zapalenie jelit (IBD) charakteryzują się patologicznym naruszeniem bariery nabłonkowej błony śluzowej przez nadmierną odpowiedź neutrofilową4,5,10-12.
Złożony proces rekrutacji neutrofili po infekcji błony śluzowej składa się z kilku etapów podzielonych na przedziały1,5,13,14. Po pierwsze, neutrofile muszą opuścić krążenie poprzez szereg interakcji międzykomórkowych, które ułatwiają migrację międzybłonkową1,13. Neutrofile następnie nawigują po istniejącej przestrzeni śródmiąższowej zawierającej macierz zewnątrzkomórkową1,14. Aby dotrzeć do światła zakażonej błony śluzowej, neutrofile muszą następnie migrować przez barierę nabłonkową1,4,5. To skomplikowane, wieloetapowe zjawisko jest często badane zbiorczo przy użyciu zwierzęcych modeli infekcji in vivo 15. Takie modele są przydatne do ustalenia konieczności istnienia określonych czynników, takich jak chemokiny, cząsteczki adhezyjne lub szlaki sygnałowe, które uczestniczą w całym procesie, ale są w dużej mierze nieodpowiednie do rozwiązywania molekularnych Wkłady krytyczne dla każdego odrębnego kroku z podziałem na przedziały16. Szczególnie przydatne w tym zakresie okazały się systemy kohodowlane in vitro modelujące transśródbłonkową, trans-macierzową lub trans-nabłonkową migrację neutrofili1,14,16,17.
Solidny system testów kokulturowych został opracowany w celu rozszyfrowania mechanizmów odpowiedzialnych za migrację międzynabłonkową neutrofili w odpowiedzi na patogenną infekcję18-22. Model ten polega na zainfekowaniu powierzchni wierzchołkowej spolaryzowanych warstw ludzkich komórek nabłonkowych patogenem bakteryjnym, a następnie zastosowaniu świeżo wyizolowanych ludzkich neutrofili na powierzchni podstawno-bocznej18-22. Neutrofile migrują przez barierę nabłonkową w odpowiedzi na produkty chemotaktyczne pochodzenia nabłonkowego wydzielane po infekcji patogennej18,21-23. Ten system modelowy został zastosowany przy użyciu kultur nabłonka jelit i płuc wystawionych na działanie odpowiednich patogenów bakteryjnych specyficznych dla tkanek i ujawnił nowe mechanizmy molekularne, które mogą być ważne dla procesu rekrutacji neutrofili podczas infekcji błony śluzowej3,8,19,24-28. Siła tego Model kokultury in vitro polega na tym, że podejście redukcjonistyczne umożliwia badaczowi eksperymentalne manipulowanie patogenem, barierą nabłonkową i/lub neutrofilami w dobrze kontrolowanym, wysoce powtarzalnym i dość niedrogim systemie. Wgląd uzyskany dzięki temu podejściu można skutecznie wykorzystać do przeprowadzenia ukierunkowanej analizy zdarzeń przedziałowych podczas rekrutacji neutrofili przy użyciu modeli infekcji in vivo 22,29,30.
Ten artykuł pokazuje wiele kroków niezbędnych do pomyślnego ustanowienia tego powtarzalnego modelu do badania migracji trans-nabłonkowej neutrofili indukowanej przez patogeny. Bariery nabłonkowe płuc zakażone patogenem Pseudomonas aeruginosa są opisane w tym artykule; jednak inne nabłonki tkankowe i patogeny mogą być zastąpione niewielkimi modyfikacjami. Wysiew i hodowla spolaryzowanych warstw komórek nabłonka płuc na odwróconym Pokryte kolagenem przepuszczalne filtry Transwell są szczegółowo opisane w niniejszym dokumencie, podobnie jak wzrost patogennego P. aeruginosa i izolacja neutrofili z krwi pełnej. Przedstawiono sposób łączenia tych składników w celu obserwacji migracji przeznabłonkowej neutrofili indukowanej przez patogen wraz z odpowiednimi kontrolami pozytywnymi i ujemnymi w celu ustalenia powtarzalnego testu. Wszechstronność tego podejścia do badania różnych aspektów migracji przeznabłonkowej neutrofili indukowanej patogenem jest omawiany w odniesieniu do konkretnych badań w literaturze.