$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Fagocytoza jest niezbędnym procesem komórkowym przeprowadzanym przez profesjonalne fagocyty rezydujące w tkankach, takie jak makrofagi i komórki dendrytyczne, a także fagocyty nieprofesjonalne, takie jak komórki nabłonkowe i fibroblasty, które pochłaniają i rozkładają obce cząstki. Komórki te internalizują i eliminują obce cząstki, patogeny lub szczątki komórkowe, znacząco przyczyniając się do obrony immunologicznej i homeostazy tkanek1. Proces ten rozpoczyna się od rozpoznania patogenów, szczątków lub cząstek za pomocą receptorów rozpoznawania wzorców (PRR), takich jak receptory Toll-podobne (TLR), które wiążą się z wzorcami molekularnymi związanymi z patogenami (PAMP)2. To rozpoznanie wyzwala tworzenie się kubka fagocytarnego, w którym wypukłości błony plazmatycznej rozciągają się wokół cząstki docelowej3. Włókna aktynowe odgrywają kluczową rolę na tym etapie, napędzając przebudowę błony niezbędną do pochłonięcia cząstek4. Gdy cząstka zostanie zamknięta w fagosomie, tworzy się pęcherzyk związany z błoną. Fagosom ulega dojrzewaniu, charakteryzującemu się fuzją z wczesnymi, a następnie późnymi endosomami, a następnie włączeniem lizosomów zawierających enzymy hydrolityczne5. Enzymy te, takie jak katepsyny, lizozymy i nukleazy, są aktywowane przez zakwaszenie w fagosomie, osiągane przez wakuolarną ATPazę (V-ATPazę), obniżając pH do 4,5-5,5. Proces degradacji kończy się egzocytozą resztek z komórki. Dysfunkcje w tym dynamicznym i złożonym procesie mogą prowadzić do poważnych wyzwań immunologicznych 6,7,8.
Aby dokładnie ocenić złożony proces komórkowy fagocytozy, potrzebne są ulepszone i łatwe metody monitorowania głównych zdarzeń komórkowych fagocytozy. Tradycyjnie, metoda monitorowania w celu kwantyfikacji fagocytozy obejmuje takie techniki, jak utrwalanie fagocytów w określonych odstępach czasu w celu wizualizacji mikroskopowej, pomiar internalizacji celów znakowanych barwnikiem poprzez obrazowanie lub cytometrię przepływową lub liczenie liczby komórek docelowych pozostałych po określonym czasie trwania fagocytozy, jednak metody te nie wychwytują wahań z minuty na minutę, które występują podczas procesu fagocytozy9. Co więcej, metody opierające się na wskaźnikach pośrednich, takich jak wychwyt barwnika, mogą nie odzwierciedlać dokładnie rzeczywistych zdarzeń fagocytarnych ze względu na potencjalny pasywny transfer barwnika10.
Ostatnie postępy w obrazowaniu żywych komórek, cytometrii przepływowej i technikach barwienia zrewolucjonizowały naszą zdolność do monitorowania fagocytozy z wysoką precyzją czasoprzestrzenną. Na przykład obrazowanie żywych komórek umożliwia ciągłą obserwację dynamicznych procesów z sekwencyjnym śledzeniem zdarzeń11. Cytometria przepływowa jest szeroko stosowana do analizy komórek ssaków i wykrywania biomarkerów w badaniach klinicznych12. Jednak tradycyjne metody FC nie są przystosowane do oceny cech morfologicznych i przestrzennych poszczególnych komórek12. Obrazowa cytometria przepływowa (IFC) służy jako solidna alternatywa, która umożliwia zbieranie szczegółowych informacji z pojedynczych komórek. IFC łączy możliwości analityczne cytometrii przepływowej z obrazowaniem o wysokiej rozdzielczości, umożliwiając analizę pojedynczych komórek ze szczegółami morfologicznymi i przestrzennymi. Różne cząsteczki, w tym fluorescencyjne kulki lateksowe, zymosan-APC i syntetyczne nanocząstki, są powszechnie stosowane do badania fagocytozy, dostarczając wglądu w zaangażowanie receptorów, tworzenie fagosomów i odpowiedzi immunologiczne12.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych technik biochemicznych, które zazwyczaj opierają się na analizie punktów końcowych, obrazowanie żywych komórek zapewnia ciągłe, dynamiczne monitorowanie procesów komórkowych. Metoda ta oferuje wysoką rozdzielczość czasoprzestrzenną i możliwość obserwacji sekwencyjnych zdarzeń w fagocytozie. W rezultacie jest to potężne narzędzie do badania złożonego procesu fagocytozy, pozwalające na dokładniejszy i bardziej szczegółowy wgląd w zachowania i mechanizmy komórkowe13.
Oprócz postępów w systemach obrazowania istnieje zapotrzebowanie na inteligentne cząsteczki fagocytarne, które mogą wyraźnie podkreślać zdarzenia fagocytarne, w szczególności etapy degradacji zachodzące w fagosomie. Badania nad fagocytozą często wykorzystują cząsteczki, takie jak kulki lateksu, zymozan, bakterie, komórki apoptotyczne i syntetyczne nanocząstki do badania mechanizmów, takich jak zaangażowanie receptorów, tworzenie fagosomów i odpowiedzi immunologiczne. Chociaż cząstki te dostarczają cennych informacji, mają ograniczenia w śledzeniu całego procesu degradacji lub bezpośredniej ocenie dojrzewania fagosomów. Na przykład kulki lateksowe nie ulegają biodegradacji i nie mogą wykazywać degradacji, podczas gdy zymosan i bakterie często wymagają skomplikowanego etykietowania i mogą nie dawać spójnych profili degradacji14,15.
Nasze poprzednie badanie wykazało użyteczność GB, tradycyjnego ajurwedyjskiego preparatu składającego się głównie z siarczanu wapnia, jako idealnej cząstki do badania dojrzewania i degradacji fagosomów16. GB rozpuszcza się z czasem w kwaśnym środowisku fagosomu, umożliwiając wyraźną wizualizację degradacji cząstek. Co więcej, zdolność GB do indukowania silnego tworzenia wakuoli ułatwia badanie różnych etapów dojrzewania fagosomów, od wczesnego tworzenia do zakwaszenia i ostatecznego ustąpienia. W przeciwieństwie do innych cząstek, GB eliminuje potrzebę zewnętrznego znakowania, zapewniając samowystarczalny system do badania pełnego cyklu życia fagosomów, co czyni go idealnym modelem do zrozumienia dynamiki fagocytozy i związanych z nią zaburzeń16.
W badaniu przedstawiono ustandaryzowany i powtarzalny protokół przeznaczony do oceny fagocytozy indukowanej cząstkami i tworzenia wakuoli przy użyciu Godanti Bhasma (GB) zarówno w profesjonalnych (RAW 264.7), jak i nieprofesjonalnych (HeLa i 3T3-L1) fagocytarnych liniach komórkowych. Ogólnym celem tej metody jest zapewnienie solidnej platformy do badania mechanizmów wychwytu komórkowego, biogenezy wakuolarnej i przetwarzania cząstek wewnątrzkomórkowych w różnych typach komórek. GB zawieszono w DMEM w stężeniu 10 mg/ml, a aby zapewnić jednorodność, większe cząstki pozostawiono do osiadania, podczas gdy górna frakcja została zebrana do użytku eksperymentalnego. W testach cytometrii przepływowej komórki wysiewano w gęstości 2 x 105 komórek na studzienkę na płytkach 12-dołkowych, a do każdej studzienki dodano 300 μl zawiesiny roboczej GB. W przypadku analiz obrazowych 5 000-10 000 komórek wysiewano na dołek w 96-dołkowych płytkach lub na szkiełkach komorowych. Metoda ta ustanawia GB jako wiarygodny model do badania powstawania wakuoli i internalizacji cząstek w różnych typach komórek.