Opisany tutaj zoptymalizowany protokół zapewnia wiarygodne i powtarzalne podejście do izolacji i analizy AECII z tkanki płucnej myszy w wieku noworodkowym, młodocianym i dorosłym. Ponadto oferuje opcjonalny etap utrwalania PFA przed sortowaniem, który pozwala na oddzielenie AECII od myszy w warunkach BSL1, nawet jeśli były one wcześniej zakażone patogenami oddechowymi. Dzięki połączeniu starannie przeprowadzonej ekspozycji płuc i perfuzji, a następnie intubacji wewnątrztchawicowej enzymów i niskotopniącej agarozy do płuc, struktura tkanek jest utrzymywana, umożliwiając odzyskiwanie wysokiej jakości zawiesin jednokomórkowych do dalszej analizy. Dodanie cytometrycznego sortowania przepływowego na podstawie właściwości rozpraszania bocznego, gatingu genealogicznego oraz selekcji pozytywnej dla komórek CD326-dodatnich skutkowało niezwykle czystymi populacjami AECII. Taka czystość ma szczególne znaczenie dla zapewnienia, że molekularne i funkcjonalne testy w dalszej części są reprezentatywne dla wewnętrznej biologii AECII, a nie zakłócają przez zanieczyszczenia typów komórek, co zwiększa interpretowalność badań nad ekspresją genów i interakcjami wirus-gospodarz.
Wspomniany wcześniej protokół obejmuje wykluczenie nie-AECII przy użyciu szerokiego spektrum fluorescencyjnie znakowanych przeciwciał skierowanych przeciwko antygenom leukocytarnym i nieleukocytycznym oraz późniejszy pozytywny selekcja AECII poprzez właściwości rozpraszania bocznego i ekspresję specyficznej dla komórek nabłonkowych cząsteczki CD326. Chociaż wykazano, że ta metodologia prowadziła do wysoce czystych populacji AECII (z wykorzystaniem SPC, charakterystycznego markera AECII), czystość uzyskanych populacji można było potwierdzić jedynie za pomocą barwienia wewnątrzkomórkowego po sortowaniu, jak dotąd. Protokół ten może być stosowany do izolacji AECII z płuc zakażonych wirusami SARS-CoV-2 i grypą, w których AECII są głównie celem wirusa i wykazują wyraźne adaptacje komórkowe1. Jednak ta metoda może nie być odpowiednia do izolowania mysiego AECII w kontekście badań biologicznych raka płuc, ponieważ EpCAM (CD326) jest również wyrażany przez komórki nowotworowe płuc u myszy i ludzi13. W tych badaniach zastosowanie transgenicznych szczepów myszy ekspresujących białka fluorescencyjne pod kontrolą transkrypcyjną promotora Spc może stanowić bardziej odpowiednie podejście do niezawodnej izolacji pierwotnego AECII.
Wydajność 0,15 × 106 żywotnych AECII na płuco noworodka oraz do 1,0 ×10 komórek na płuco dorosłego ilustruje efektywność i skalowalność protokołu. Główną przeszkodą w skutecznej izolacji dużych ilości AECII jest nieefektywne trawienie enzymatyczne oraz mechaniczna dezintegracja tkanki płucnej. Dlatego kluczowe jest zapewnienie pełnego wypełnienia przestrzeni oskrzelowo-pęcherzykowych enzymem w kroku 2.1.4 oraz staranne przeprowadzenie rozkładu tkanek mechanicznych w kroku 3.1.3. Skuteczne trawienie enzymatyczne prowadzi do powstania mętnej zawiesiny komórek z minimalnym wkładem widocznych kruszyw, które zwykle można rozłożyć za pomocą tłoka w kolejnych etapach filtracji. Większe agregaty, których nie można przepuścić przez sitko komórkowe, zwykle powstają w wyniku niewystarczającego trawienia enzymatycznego. Należy zauważyć, że nie zaleca się przedłużania czasu trawienia enzymatycznego, ponieważ może to negatywnie wpłynąć na kolejne immunodbarwienia14 , a tym samym na dokładność izolacji AECII opartej na FACS.
Obok efektywności enzymatycznego i mechanicznego rozkładu tkanek, tło genetyczne może wpływać na wydajność AECII. Do tego protokołu użyto myszy na tle C57BL/6. Zgodnie z zgłaszanymi różnicami rozwojowymi15,immunologicznych 16 oraz fizjologicznych 17,18,19 specyficznymi dla szczepów, możliwe jest, że stosowanie innych szczepów myszy laboratoryjnych (np. BALB/c, DBA) może skutkować różnymi wydajnościami AECII. Ponadto wydajność AECII z zapalonych płuc (zakaźnych lub niezakaźnych) może być znacząco zmniejszona. Może to być wynikiem pośredniej (zapalnej) lub bezpośredniej (pośredniczonej przez patogeny) śmierci komórek AECII, które stanowią główne cele np. IAV20,21 i SARS-CoV-2 22,23,24.
Zachowanie integralności komórkowej podczas dysocjacji mechanicznej, trawienia enzymatycznego i sortowania przepływów jest dodatkowo kluczowe dla dalszych analiz molekularnych i/lub funkcjonalnych. Dlatego po sortowaniu oceniano żywotność AECII oraz funkcję komórkową. AECII były w stanie przylegać do Matrigela i utrzymać charakterystyczną morfologię bogatą w ciało lamelowe przez co najmniej 24 godziny, co wskazuje na kompetencje funkcjonalne po izolacji oraz przydatność do hodowli ex vivo (w tym modeli infekcji).
Efektywne zakażenie sortowanym AECII wirusem IAV-mCherryreporter 12 oraz obserwacje silnej replikacji wirusa potwierdzają ten system jako solidną platformę do wyjaśniania odpowiedzi przeciwwirusowych między nadomek a właściwościami nabłonkowymi. Ponieważ AECII reguluje kluczowe procesy zaangażowane w biosyntezę powierzchniowo czynnych, regenerację pęcherzyków i odporność wrodzoną25,26, zdolność do badania kinetyki replikacji IAV oraz odpowiedzi transkrypcyjnej gospodarzy w oczyszczonych populacjach AECII dostarczy wglądów niedostępnych w przygotowaniach mieszanych komórek.
Kluczową innowacją tego protokołu jest wprowadzenie procedury fiksacji, umożliwiającej analizę równoległą i inaktywowanych próbek. Procesy wiązania PFA oraz adaptowane procesy ekstrakcji RNA FFPE utrzymują integralność RNA w stopniu zgodnym z dalszymi analizami transkryptomicznych, co potwierdza skuteczność ilościowej transkrypcji PCR (qPCR).
Czas utrwalania PFA może wpływać na jakość barwienia, a tym samym na odzyskiwanie AECII przez FACS. Ponadto wydajność i jakość RNA są zazwyczaj zależne od procesów wiązania. W zależności od zastosowanego modelu zakażenia in vivo , te aspekty należy uwzględnić przy projektowaniu eksperymentalnym. Zaleca się unikanie długiego czasu utrwalania i zamiast tego optymalizację czasu trwania leczenia PFA, aby stosować minimalny niezbędny czas, co zostało eksperymentalnie udowodnione jako zapewnienie całkowitej dezaktywacji danego wirusa.
Ocena obfitości RNA rybosomalnego (rRNA) za pomocą instrumentu mikrofluidycznego służy jako zastępca do oceny jakości mRNA w próbkach biologicznych. Opisany protokół wiązania AECII/izolacji RNA pozwala na izolację nienaruszonego RNA o odpowiedniej jakości do dalszych analiz transkryptomicznych, co potwierdzają stosunki rRNA 28S/18S >1 oraz wartości RNA quality number (RQN) >8. Ważne jest, aby zauważyć, że krok inkubacji 80 °C krytycznie zmniejsza wydajność i jakość RNA. Opcjonalnie można zastosować adaptację czasów obróbki cieplnej, aby zwiększyć wydajność i jakość RNA w dalszych zastosowaniach.
Łącznie te ulepszenia metodologiczne stanowią obszerny zestaw narzędzi do badania biologii AECII w kontekście zdrowia, chorób zakaźnych i rozwoju (od noworodka do dorosłego). Wysoka wydajność i czystość AECII wyizolowanych przez to podejście umożliwiają wieloomiczne profilowanie obejmujące testy dostępności transkryptomicznej, proteomicznej i chromatyny, a także testy funkcjonalne (np. zakażenie ex vivo ), aby dalej analizować istotne mechanizmy AECII in vivo.