Klasyczne choroby zapalne płuc, takie jak astma alergiczna i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), są dobrze znane z tego, że są napędzane przez zwiększoną rekrutację aktywowanych limfocytów do tkanki płucnej1,2. Cytokiny uwalniane przez limfocyty (np. IL-4, IL-5, IL-9, IL-13, IFN-γ i TNF-α) dodatkowo promują chemotaksję wrodzonych i nabytych komórek odpornościowych, indukują przebudowę zwłóknień dróg oddechowych lub bezpośrednio uszkadzają miąższ płuca2. Jak dotąd mechanizmy leżące u podstaw patologicznej akumulacji limfocytów w tkance płucnej nie są jeszcze w pełni poznane. Analogicznie do selektywnego tkankowo imprintingu limfocytów T opisanego dla naprowadzania jelit i skóry, płucne komórki dendrytyczne (DC) są oczywiście w stanie przygotować obwodowe limfocyty T do preferencyjnej infiltracji płuc, przynajmniej częściowo poprzez indukcję ekspresji CCR4 na powierzchni limfocytów3. Oprócz CCR4, limfocyty T naciekające drogi oddechowe charakteryzują się również szczególnie zwiększoną ekspresją receptorów chemokiny CCR5 i CXCR3 w porównaniu z limfocytami T w krwi obwodowej 1, 4,< sup class = "xref">5. Ogólnie rzecz biorąc, istniejące dane są zgodne z koncepcją, że naprowadzanie limfocytów T w płucach w warunkach fizjologicznych lub zapalnych obejmuje szereg różnych receptorów chemokiny i ich odpowiednich ligandów, a zatem zasadniczo zależy od ściśle kontrolowanej współpracy między wrodzonymi i adaptacyjnymi komórkami odpornościowymi1. Szczególnie w początkowej fazie ekspozycji na patogen lub alergen komórki wrodzonego układu odpornościowego reagują na stymulację TLR lub sieciowanie za pośrednictwem IgE poprzez natychmiastowe uwalnianie różnych chemoatraktantów, takich jak LTB4, CCL1, CCL17, CCL22, CCL20, CXCL10 i PGD21,6,7. Najlepszym przykładem jest to, że interakcja między PGD2 a receptorem chemoatraktantu CRTh2 ma szczególne znaczenie dla chemotaksji komórek Th2 i dlatego wydaje się być obiecującym celem terapeutycznym w klinicznym leczeniu astmy. Rzeczywiście, pacjenci z umiarkowaną astmą wykazali poprawę objawów i znaczny wzrost natężonej objętości wydechowej w ciągu jednej sekundy (FEV1) po leczeniu selektywnym antagonistą CRTh2 w porównaniu z grupą placebo8,9. W bardziej zaawansowanym stanie odpowiedzi zapalnej już zrekrutowane limfocyty T są w stanie dalej wzmacniać akumulację limfocytów płucnych poprzez uwalnianie IL-4 i IL-13 jako silnych bodźców dla płucnych DC. Następnie, te wrodzone komórki pochodzenia szpikowego regulują ekspresję CCL17 i CCL22 w sposób zależny od STAT61,10,11. Chociaż złożoność opisanego scenariusza nadal utrudnia pełne zrozumienie naprowadzania płuc przez limfocyty T, oferuje on mnóstwo celów molekularnych dla potencjalnie zoptymalizowanej kontroli terapeutycznej zapalnych lub alergicznych chorób płuc. W związku z tym istnieje pilne zapotrzebowanie na innowacyjne techniki eksperymentalne, które są w stanie jeszcze bardziej pogłębić i uzupełnić naszą wiedzę w dziedzinie chemotaksji limfocytów T i naprowadzania płuc.
Ze względu na fakt, że na naprowadzanie limfocytów w ludzkim ciele wpływa wiele parametrów komórkowych, humoralnych i fizycznych1, większość istniejących metod eksperymentalnych nie jest w stanie modelować całej złożoności tego procesu immunologicznego. Zamiast tego wiele standardowych protokołów analizy naprowadzania płuc selektywnie koncentruje się na konkretnym aspekcie związanym z kaskadą przyciągania, adhezji, migracji i zatrzymywania limfocytów. Oprócz czysto opisowego określenia wzorca ekspresji mRNA lub białka integryn i receptorów chemokiny na limfocytach obwodowych lub naciekających płuca oraz uzupełniającego pomiaru odpowiednich poziomów chemokiny we krwi, płukaniu oskrzelowo-pęcherzykowym (BAL) lub tkance płucnej12,13,14,15, dobrze ugruntowane testy hodowli komórkowych in vitro pozwalają na funkcjonalną charakterystykę adhezji limfocytów lub chemotaksji w określonych warunkach eksperymentalnych16,17,18. Zasadniczo, statyczne testy adhezji in vitro monitorują zdolność wiązania hodowanych limfocytów do monowarstwy śródbłonka lub do szkiełek pokrytych rekombinowanymi cząsteczkami adhezyjnymi śródbłonka (np. MAdCAM-1, VCAM-1), podczas gdy standardowe testy chemotaksji in vitro są zwykle stosowane w celu ilościowego określenia zdolności limfocytów do migracji wzdłuż gradientu chemokin w systemie transwell19. Oba warunki in vitro umożliwiają kontrolowane dostosowanie i modulację warunków eksperymentalnych, ale z drugiej strony brakuje w nich ważnych zmiennych, o których wiadomo, że mają krytyczny wpływ na chemotaksję in vivo i adhezję limfocytów. W przeważającej mierze statyczne testy hodowli komórkowych ignorują wpływ sił ścinających spowodowanych stałym przepływem krwi19 i potencjalnie zaniedbują zaangażowanie otaczającego środowiska immunologicznego i oddziałujących na siebie komórek odpornościowych nielimfocytów, obecnych w żywym organizmie. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, interpretacja wyników uzyskanych w statycznych testach chemotaksji in vitro lub adherencji wymaga dalszej walidacji w dynamicznych eksperymentach adhezyjnych w warunkach przepływu20,21 oraz w modelach in vivo patologii narządów zapalnych19. Rzeczywiście, ważne wnioski na temat regulacji naprowadzania płuc przez limfocyty T w warunkach zapalnych lub alergicznych można wyciągnąć z badań na zwierzętach analizujących genetycznie zmodyfikowane myszy w zdefiniowanych modelach różnych chorób płuc3,22,23. Ilościowe porównanie limfocytów naciekających płuca między myszami typu dzikiego a myszami z niedoborem określonego genu będącego przedmiotem zainteresowania stanowi dobrze ugruntowane i szeroko stosowane narzędzie do określania wpływu określonych szlaków komórkowych lub receptorów na wzorce dystrybucji limfocytów T sterowane chorobą. Jednak w przeciwieństwie do wcześniej omówionych testów hodowli komórkowych in vitro, projekt badania oparty na klasycznych modelach zwierzęcych nie ma możliwości analizowania i monitorowania pierwotnych ludzkich limfocytów T pochodzących bezpośrednio z krwi lub BAL pacjentów cierpiących na zapalną chorobę płuc. W związku z tym nadal wyzwaniem pozostaje funkcjonalna walidacja, czy zdiagnozowana choroba płuc jest w stanie wdrukować ludzkie limfocyty w celu preferencyjnego tropizmu płuc i jak bardzo parametry kliniczne mogą wpływać na ten scenariusz. Niedawno wprowadzono bardzo eleganckie podejście in vivo w kontekście chorób zapalnych jelit (IBD), które było w stanie przezwyciężyć większość tych ograniczeń i otworzyło nowe możliwości dla zaawansowanych badań translacyjnych nad naprowadzaniem limfocytów jelitowych 24. Korzystając z protokołów oczyszczania tkanek na bazie rozpuszczalnika, a następnie przekrojowej mikroskopii fluorescencyjnej z arkuszami świetlnymi jako potężnego narzędzia do obrazowania, możliwe było zobrazowanie infiltracji i dystrybucji adoptyjnie przeniesionych ludzkich limfocytów T w jelicie myszy z niedoborem odporności na colit24. W szczególności w tym środowisku eksperymentalnym wdrożono dwie główne innowacje: (1) pierwotne ludzkie komórki odpornościowe mogą być analizowane w eksperymentalnie zdefiniowanych warunkach in vivo; (2) dość duży obszar chorego narządu (około 1,5 cm x 1,5 cm) można zobrazować w jakości wysokiej rozdzielczości, a następnie przeprowadzić rekonstrukcję 3D. Co więcej, kilka ostatnich badań z powodzeniem ustaliło zastosowanie oczyszczania tkanek na bazie rozpuszczalnika i mikroskopii fluorescencyjnej z użyciem arkuszy świetlnych jako ważnych narzędzi do zaawansowanego obrazowania płuc 25,26. Aby skorzystać z tego postępu technologicznego w dziedzinie immunologii płuc, przyjęliśmy teraz system do analizy naprowadzania płuc.
Prezentowany tutaj protokół krok po kroku wprowadza do tego, jak oczyszczać i fluorescencyjnie znakować pierwotne ludzkie limfocyty T do transferu do myszy z indukowanym zapaleniem płuc, a ponadto szczegółowo opisuje późniejszy proces obrazowania mikroskopowego fluorescencji za pomocą arkusza świetlnego, w tym przygotowanie narządów i przetwarzanie obrazu. Ogólnie rzecz biorąc, mamy nadzieję wesprzeć przyszłe badania translacyjne w dziedzinie zapalnych lub alergicznych chorób płuc poprzez wprowadzenie zaawansowanego, ale mimo to wykonalnego, eksperymentalnego modelu monitorowania naprowadzania ludzkich limfocytów w płucach w warunkach in vivo.