Wysokorozdzielczowa mikroskopika intravitalna zmieniła badania dynamicznego zachowania komórek w całych tkankach, umożliwiając bezpośrednie obserwowanie migracji komórek, interakcji naczyniowych i nadzoru immunologicznego z rozdzielczością pojedynczych komórek1,2,3,4. Chociaż podejścia te są szeroko stosowane w badaniach nad rakiem3,5, ich zastosowanie w zakażeniach płuc było ograniczone przez ruch oddechowy, delikatność tkanek i ograniczenia biobezpieczeństwa. Ostatnie osiągnięcia w platformach obrazowania klatki piersiowej, w tym stabilizowane próżniowo i trwale zaimplantowane okna optyczne, pozwoliły na przezwyciężenie wielu z tych trudności technicznych, zapewniając stabilne, wolne od ruchu obrazy mikrośrodowiska płuc w dłuższym czasie6,7,8,9,10. Szczególnie trwale zaimplantowane okna są potężnymi narzędziami, ponieważ umożliwiają wielokrotne obrazowanie przepływu naczyniowego, dynamiki komórek immunologicznych i zachowania pojedynczych komórek przez wiele godzin do tygodni i były istotne w definiowaniu mechanizmów przerzutów nowotworowych, przepuszczalności naczyń i nadzoru immunologicznego11,12.
Mimo tych osiągnięć, obrazowanie intravitalne nie było dotąd stosowane do zakażenia Mycobacterium tuberculosis (Mtb) w ssaczym płucu in vivo z rozdzielczością pojedynczych komórek. Najbliższe precedensy pochodzą z obrazowania intravitalnego zakażeń mykobakteryjnych w innych ustawieniach. Obrazowanie w czasie rzeczywistym zakażenia Mycobacterium marinum w zarodkach rybki zwanej danio pręgowanym13 ujawniło wczesne interakcje makrofagów i inicjację stwierdzenia, podczas gdy dwufotonowe obrazowanie stwierdzeń wywołanych przez BCG w wątrobie myszy14,15 ujawniło dynamikę makrofagów i komórek T podczas rozwoju stwierdzenia i wykazało ograniczone prezentowanie antygenów i funkcję efektorów komórek T w obrębie zmian stwierdzennych. Te badania dały podstawowe wglądy w interakcje między gospodarzem a patogenem mykobakteryjnym, ale nie miały dostępu do całej ssaczej płuca8,16.
Podejścia do obrazowania intravitalnego zostały również zastosowane w płucach w innych kontekstach zakaźnych i biologicznych, w tym ogólne obrazowanie płuc8, badania wykazujące, że patrolujące makrofagi pęcherzykowe mogą ukrywać bakterie przed układem odpornościowym17 i charakteryzujące natychmiastową odpowiedź mieloidów na infekcję SARS-CoV-2 w ludzkim płucu16. Obrazowanie intravitalne zostało również zastosowane do zakażonych grypą płuc, umożliwiając bezpośrednie obrazowanie dynamicznego zachowania komórek odpornościowych w zakażonym tkance płucnej18,19.
Podejścia do obrazowania optycznego całego ciała z wykorzystaniem mikroskopii światłowodowej z wzbudzeniem przez światłowód20 i technologii fluorescencji enzymów reporterowych21,22 umożliwiły czułe wykrywanie Mtb w płucach myszy, ale nie mogą wykrywać pojedynczych lub małych skupień pręcików, śledzić dynamiki agregacji bakterii ani wizualizować bezpośrednich interakcji między mykobakteriami a komórkami gospodarza w całej tkance płucnej. Podejścia do obrazowania intravitalnego z wysokiej zawartości zostały zaimplementowane dla zakażonych płuc w ustawieniach BSL-3, w tym infekcji SARS-CoV-223 i platformy wielofotonowego obrazowania skoncentrowanego na Mtb24. Te badania pokazują wykonalność obrazowania zakażonych płuc pod zabezpieczeniami, ale takie ustawienia pozostają technicznie wymagające i nie są szeroko dostępne. Praca z wirulentnym Mtb wymaga zabezpieczeń BSL-3, co stanowi znaczne wyzwania inżynieryjne i dotyczące biobezpieczeństwa dla obrazowania intravitalnego23,24. W rezultacie większość badań nad wczesnym zakażeniem Mtb opiera się na statycznych testach końcowych, które nie mogą uchwycić przestrzennej i czasowej dynamiki zachowania bakterii w płucach.
Rozwój genetycznie zdefiniowanych, zatwierdzonych przez BSL-2, potrójnie auxotroficznych szczepów Mtb daje unikalną możliwość pokonania tych ograniczeń. Szczep mc27902, pochodna auxotroficzna Mtb pantothenate-leucine-arginine od H37Rv, jest w pełni osłabiona, nie replikuje się u myszy z osłabionym układem odpornościowym, zachowuje klasyczne barwienie kwasooporne, wykazuje normalną podatność na fag i może być bezpiecznie obsługiwana poza zabezpieczeniami BSL-3