Tkanka tłuszczowa (AT) jest metabolicznie aktywnym organem składającym się u ludzi z około 20% adipocytów oraz heterogenicznej mieszaniny komórek odpornościowych, fibroblastów, komórek progenitorowych i komórek naczyniowych1. Tkankę tłuszczową klasyfikuje się na jednobąblową białą tkankę tłuszczową (WAT), wielobąblową brunatną tkankę tłuszczową (BAT) oraz pośrednią beżową tkankę tłuszczową, co odzwierciedla heterogeniczność pod względem składu, funkcji i lokalizacji anatomicznej. WAT jest rozmieszczona w depotach podskórnych (SCAT), trzewnych (VAT), okołonaczyniowych i szpikowych, które różnią się pochodzeniem rozwojowym, profilami ekspresji genów oraz funkcją metaboliczną. Poza rolą w magazynowaniu lipidów, AT pełni funkcję organu endokrynnego poprzez wydzielanie cytokin, hormonów i adipokin2. W porównaniu z SCAT, VAT jest bardziej aktywna metabolicznie i bogatsza w komórki zapalne, co czyni ją szczególnie istotną w badaniach nad stanami zapalnymi AT i chorobami metabolicznymi, takimi jak cukrzyca typu 23,4,5.
Tkanka tłuszczowa (AT) jest kluczowym regulatorem zdrowia metabolicznego i odgrywa centralną rolę w otyłości, która wiąże się z licznymi chorobami współistniejącymi. Otyłość sprzyja hipertrofii, hiperplazji i proliferacji adipocytów6, podczas gdy ekspansja i zapalenie AT silnie korelują z hiperglikemią, hiperinsulinemią, hipertriglicerydemią oraz zaburzoną tolerancją glukozy3. Przypuszcza się, że ekspansja AT jest powiązana ze zwiększoną śmiercią adipocytów, przy czym roczna wymiana komórkowa wynosi około 10%7, co wyzwala rekrutację makrofagów niezbędną do oczyszczania i przebudowy tkanki8. Ponieważ adipocyty są znacznie większe (100–200 µm) od makrofagów, efektywna fagocytoza przez te komórki, będące około pięciokrotnie mniejsze, jest utrudniona, co upośledza homeostazę tkankową i sprzyja przewlekłemu zapaleniu AT9. Makrofagi tkanki tłuszczowej (ATMs) pośredniczą w usuwaniu nadmiernie dużych, obumierających adipocytów, albo poprzez fuzję w wielojądrowe komórki olbrzymie (MGCs), albo poprzez tworzenie struktur przypominających koronę (CLS) wokół martwych adipocytów i degradowanie ich poprzez egzocytozę lizosomalną10,11,12. Liczba struktur CLS koreluje z zapaleniem związanym z otyłością11,13.
W zdrowej tkance tłuszczowej (AT), makrofagi tkanki tłuszczowej (ATMs) to głównie przeciwzapalne makrofagi typu M2, natomiast otyłość sprzyja przesunięciu w stronę prozapalnego fenotypu typu M114,15. Pojawiają się dodatkowe, odrębne mechanistycznie podgrupy makrofagów, w tym makrofagi aktywowane metabolicznie (MMes) i makrofagi związane z lipidami (LAMs), które odgrywają istotną rolę w usuwaniu martwych adipocytów poprzez egzocytozę lizosomalną16,17,18.
Aby zbadać stan zapalny tkanki tłuszczowej w fizjologicznie istotnym środowisku wielokomórkowym, w protokole opracowano model mysi ex vivo oparty na organotypowych kulturach eksplantów VAT pochodzących od szczupłych myszy. Eksplanty VAT hodowane przez 7–10 dni wykazują fenotyp zapalny porównywalny z tym obserwowanym po co najmniej 12 tygodniach żywienia dietą wysokotłuszczową (HFD) pod względem tworzenia się CLS, fenotypu makrofagów oraz produkcji cytokin zapalnych9,19. Co istotne, podejście to ogranicza liczbę wykorzystywanych zwierząt, eliminuje konieczność uzyskiwania zgód na interwencje dietetyczne i przyczynia się do realizacji zasad 3R poprzez zmniejszenie zależności od długoterminowych badań nad interwencjami dietetycznymi. W porównaniu z konwencjonalnymi dwuwymiarowymi (2D) systemami hodowli komórkowych, takimi jak modele hodowli pojedynczych komórek (np. komórki 3T3-L1 lub pierwotne hodowle adipocytów), metoda ta zachowuje złożoność tkanki i różnorodność komórkową, umożliwiając tym samym badanie fizjologicznych oddziaływań międzykomórkowych, w tym interakcji między komórkami odpornościowymi a adipocytami.
Hodowlane eksplanty AT są kompatybilne z szerokim zakresem podejść analitycznych. Obrazowanie konfokalne żywych komórek umożliwia monitorowanie akumulacji ATM, tworzenia się CLS oraz powstawania MGC9,19. Trawienie kolagenazą pozwala na izolację frakcji naczyniowo-zrębowej (SVF) do analiz cytometrycznych, w tym testów proliferacji oraz określania fenotypów typu M1, M2 lub MMe12. Analizy ekspresji genów, w tym ilościowy PCR (qPCR) i sekwencjonowanie RNA, mogą być przeprowadzane na całych eksplantach, komórkach SVF lub posortowanych makrofagach9. Ekspresję białek i aktywność enzymatyczną można oceniać za pomocą Western blottingu lub testu ELISA12,20,21, natomiast architekturę tkanki i ekspresję markerów można wizualizować poprzez barwienie całych preparatów (whole-mount staining) oraz immunofluorescencję9,22. Ponadto łatwo jest przeprowadzać interwencje farmakologiczne i genetyczne, w tym deplecję ATM oraz traktowanie cytokinami21,23,24.
Podsumowując, ten model ex vivo stanu zapalnego tkanki tłuszczowej u myszy, przypominający model HFD, umożliwia badanie śmierci adipocytów, bezpośrednią obserwację zachowania komórkowego in situ oraz manipulacje farmakologiczne lub genetyczne istotne dla immunologii tkanki tłuszczowej (Rycina 1).

Rysunek 1: Graficzne podsumowanie przebiegu prac. Trzewna tkanka tłuszczowa (AT) jest izolowana od myszy, cięta na małe eksplantaty i hodowana przez 7–10 dni. W okresie hodowli eksplantaty wykształcają fenotyp zapalny, co umożliwia badanie stanu zapalnego tkanki tłuszczowej w kontrolowanych warunkach ex vivo. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.