Zwapnienie zastawki aortalnej (CAVD) jest jednym z najczęstszych zaburzeń zastawek serca, mającym duży wpływ na opiekę zdrowotną. Częstotliwość wymiany zastawki aortalnej w ostatnich latach dramatycznie wzrosła i oczekuje się, że będzie nadal rosła ze względu na rosnącą populację osób starszych1.
Patofizjologia leżąca u podstaw CAVD jest tylko częściowo znana, a obecne strategie terapeutyczne ograniczają się do środków zachowawczych lub wymiany zastawki aortalnej, zarówno poprzez zabiegi chirurgiczne, jak i przezskórne. Do tej pory żadne skuteczne leczenie nie jest w stanie zatrzymać lub odwrócić progresji CAVD, a wysoka śmiertelność wiąże się z wczesnym wystąpieniem objawów, chyba że zostanie przeprowadzona wymiana zastawki aortalnej (AVR)2. U pacjentów z ciężkim objawowym zwężeniem zastawki aortalnej 3-letnie przeżycie wolne od objawów było zgłaszane na poziomie zaledwie 20%3. Przezcewnikowa wymiana zastawki aortalnej (TAVR) stanowi nową opcję, rewolucjonizując leczenie pacjentów wysokiego ryzyka, zwłaszcza wśród osób starszych, i radykalnie zmniejszyła śmiertelność, która była z natury wysoka w tej populacji4,5,6. Pomimo obiecujących wyników TAVR, konieczne są dalsze badania, aby zrozumieć patofizjologię CAVD w celu zidentyfikowania nowych wczesnych celów terapeutycznych7,8,9.
Wcześniej uważany za pasywny, zwyrodnieniowy proces, CAVD jest teraz rozpoznawany jako aktywna choroba postępująca, charakteryzująca się osteoblastyczną zmianą fenotypu komórek śródmiąższowych zastawki aortalnej10. Choroba ta polega na postępującej mineralizacji, zmianach włóknisto-wapiennych i zmniejszonej ruchliwości płatków zastawki aortalnej (stwardnienie), które ostatecznie utrudniają przepływ krwi, prowadząc do zwężenia (zwężenia) otworu zastawki aortalnej11.
Stan zapalny jest uważany za kluczowy proces w patofizjologii CAVD, podobny do procesu miażdżycy tętnic naczyniowych. Uszkodzenie śródbłonka umożliwia odkładanie się i akumulację gatunków lipidów, zwłaszcza utlenionych lipoprotein w zastawce aortalnej12. Te utlenione lipoproteiny wywołują reakcję zapalną, ponieważ są cytotoksyczne, a aktywność zapalna prowadzi do mineralizacji. Rola odporności wrodzonej i nabytej w rozwoju CAVD i progresji choroby została ostatnio podkreślona13. Aktywacja i ekspansja klonalna określonych podzbiorów limfocytów T pamięci została udokumentowana u pacjentów z CAVD i zmineralizowanymi płatkami zastawki aortalnej, tak więc zakłada się, że procesy zapalne są zaangażowane co najmniej w rozwój CAVD i przypuszczalnie również w progresję choroby14. W rzeczywistości, chociaż komórki i makrofagi prezentujące antygen są obecne zarówno w zdrowej, jak i chorej zastawce, obecność limfocytów T wskazuje na starzejącą się i chorą zastawkę aortalną. Ten naciek limfocytarny wraz ze wzrostem neowaskularyzacji i metaplazji są charakterystycznymi objawami histologicznymi CAVD15.
Stawiamy hipotezę o istnieniu interakcji między komórkami śródmiąższowymi zastawki aortalnej a aktywacją układu odpornościowego, która potencjalnie powoduje zainicjowanie przewlekłego procesu zapalnego w zastawce aortalnej. Oznaczanie limfocytów T ze zwężonej tkanki zastawki aortalnej może być skutecznym sposobem wyjaśnienia ich roli w rozwoju zwapnienia, ponieważ może zapewnić ścisłą reprezentację komórek zastawki aortalnej in vivo. W niniejszej pracy, wykorzystując tkankę zastawki aortalnej, izolujemy limfocyty T, hodujemy je i klonujemy, a następnie charakteryzujemy za pomocą sortowania komórek aktywowanych fluorescencją (FACS). Świeże próbki zastawki aortalnej wycięto od pacjentów z CAVD, którzy otrzymali chirurgiczną wymianę zastawki z powodu ciężkiego zwężenia zastawki aortalnej. Po chirurgicznym wycięciu świeżą próbkę zastawki rozbiorowano na małe kawałki, a limfocyty T wyhodowano, sklonowano, a następnie przeanalizowano za pomocą cytometrii przepływowej. Procedura barwienia jest prosta, a barwione probówki można utrwalić za pomocą 0,5% paraformaldehydu i przeanalizować do 15 dni później. Dane wygenerowane z panelu barwienia mogą być wykorzystane do śledzenia zmian w rozmieszczeniu limfocytów T w czasie w odniesieniu do interwencji i mogą być łatwo dalej rozwijane w celu oceny stanów aktywacji określonych podzbiorów limfocytów T będących przedmiotem zainteresowania.
Ekstrakcja zwapniałej tkanki, izolacja leukocytów od zwapniałej tkanki, a w szczególności zastosowanie cytometrii przepływowej na tego typu tkankach, może być wyzwaniem, ze względu na problemy takie jak autofluorescencja. Niewiele jest publikacji z protokołami do tego konkretnego celu16,17,18. W niniejszym artykule przedstawiamy protokół opracowany specjalnie do bezpośredniej izolacji i hodowli limfocytów T z próbek ludzkiej zastawki aortalnej. Klonalna ekspansja limfocytów jest cechą charakterystyczną odporności adaptacyjnej. Badanie tego procesu in vitro dostarcza wnikliwych informacji na temat poziomu heterogeniczności limfocytów19. Po trzytygodniowym okresie inkubacji klony limfocytów T są gotowe do eksplantacji, ponieważ uzyskano odpowiednią ilość limfocytów T z każdego klonu, aby umożliwić badanie fenotypowe i funkcjonalne. Następnie fenotyp klonów T bada się za pomocą cytofluorometrii.
Ten protokół immunologiczny jest adaptacją metody wcześniej opracowanej przez Amedei et al. do izolacji i charakterystyki limfocytów T z tkanki ludzkiej, specjalnie zaprojektowanej dla zwapniałych tkanek ludzkich, takich jak w CAVD20,21,22. Przedstawiony tutaj protokół izolacji PBMC (komórek jednojądrzastych krwi obwodowej) przy użyciu napromieniowanego płaszcza kożuchowego opisuje skuteczny sposób uzyskiwania komórek zasilających (FC), specjalnie dostosowanych do fazy klonowania limfocytów T wyizolowanych z komórek śródmiąższowych zastawki. Warstwa zasilająca składa się z komórek zatrzymanych we wzroście, które są nadal żywotne i bioaktywne. Rola komórek żywicielskich jest ważna dla wspierania przeżycia in vitro i wzrostu limfocytów T wyizolowanych z komórek śródmiąższowych zastawki23. Aby uniknąć proliferacji komórek żywicielskich w hodowli, komórki te muszą przejść zatrzymanie wzrostu. Można to osiągnąć na dwa sposoby: za pomocą metod fizycznych, takich jak napromienianie, lub poprzez leczenie cytotoksycznymi substancjami chemicznymi, takimi jak mitomycyna C (MMC), antybiotyk przeciwnowotworowy, który można stosować bezpośrednio na powierzchnię hodowli24. Tutaj pokazujemy zatrzymanie wzrostu komórek zasilających osiągnięte przez napromieniowanie komórek.
Ta metoda przedstawia efektywny, ekonomiczny sposób izolowania i charakteryzowania limfocytów T z tkanki zastawki aortalnej, przyczyniając się do poszerzenia spektrum metod immunologicznych do badania patofizjologii CAVD.