24 maja 2018
Ta metoda pokazuje, jak wizualizować inwazję patogenów na komórki owadów za pomocą trójwymiarowych (3D) modeli. Hemocyty larw Drosophila były zakażone patogenami wirusowymi lub bakteryjnymi, zarówno ex vivo, jak i in vivo. Zainfekowane hemocyty zostały następnie utrwalone i wybarwione w celu obrazowania za pomocą mikroskopu konfokalnego, a następnie rekonstrukcji komórkowej 3D.
Technika ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie infekcji komórkowych i mikrobiologii, takie jak to, w jaki sposób hemocyty przyczyniają się do ogólnej odpowiedzi immunologicznej u muszek owocowych. Główną zaletą tej techniki jest to, że można ją wykonać w laboratorium, przy użyciu wcześniej zakażonych larw. Alternatywnie, hemocyty z niezakażonych larw mogą być używane do infekcji ex vivo.
Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie, ponieważ etapy obrazowania są trudne do nauczenia się ze względu na złożoność mikroskopu konfokalnego i możliwości rekonstrukcji modelu 3D. Aby rozpocząć protokół, ułóż dwa do trzech kawałków filmu parafinowego o wymiarach dziesięć centymetrów na dziesięć centymetrów pod mikroskopem stereoskopowym. Następnie przygotuj szklaną kapilarę, ustawiając kapilarny grzejnik biegunowy na 55% maksimum.
Przymocuj rurkę kapilarną do ostrego punktu o długości około dziesięciu mikrometrów. Zasyp kapilary olejem mineralnym. Zamontuj napełnioną rurkę kapilarną na nanowtryskiwaczu.
I otwórz stopioną końcówkę rurki kapilarnej, odrywając końcówkę kleszczami. Wylej jak najwięcej oleju z końcówki rurki kapilarnej, a następnie napełnij rurkę pożywką izolującą hemocyty drozofilii lub DHIM. Aby ułatwić wizualizację granicy oleju hemolimpańskiego, dołącz pęcherzyk powietrza między olejem a DHIM.
Za pomocą kleszczy delikatnie wybierz dziesięć larw Drosophila w trzecim stadium z wewnętrznej ścianki fiolek z jedzeniem i umieść je w sitku o średnicy 100 mikrometrów. Wlej pięć mililitrów sterylnej wody na larwy i potrząsaj sitkiem przez pięć sekund. Umieść sitko na chusteczce roboczej, aby usunąć nadmiar wody.
Przenieś larwy do 1,5 mililitrowej probówki mikrowirówkowej, znieczulaj je gazem CO2 przez pięć sekund. Następnie umieść larwy na folii parafinowej pod mikroskopem stereoskopowym, stroną grzbietową skierowaną do góry. Umieść szklaną kapilarnę lekko na tylnym ciele larwy, aby utrzymać ją na miejscu, i rozerwij tylny naskórek za pomocą drobno zakończonych kleszczy.
Pozwól, aby hemolimfa spłynęła na folię parafinową. Zrób kałużę hemolimfy, w tym hemocyty, od 20 do 50 larw na raz na folii parafinowej. Użyj szklanej kapilary na nanowtryskiwaczu, aby pobrać zebraną hemolimfę.
Wyrzuć hemolimfę do 1,5 mililitrowej probówki wirówkowej zawierającej 500 mikrolitrów DHIM. Umieść pastę drożdżową na talerzu agarowym z sokiem winogronowym. Wykonaj drobne nacięcie w agarze w miejscu, w którym larwy mogą migrować, aby uniknąć wysuszenia.
Zamontuj spiczastą igłę wolframową o średnicy 0,001 milimetra z kleszczami przytrzymującymi za pomocą folii parafinowej. Odpipetować 50 mikrolitrów wysokiego miana, C.Burnetii wykazującego ekspresję mCherry na folię parafinową pod mikroskopem stereoskopowym i umieścić larwy w kałuży bakterii. Nakłuj larwy igłą wolframową.
Przenieś larwy na płytkę agarową. Przenieś pozostałą pożywkę patogenną na płytkę agarową i uszczelnij płytkę folią parafinową. Trzymaj larwy na talerzu w wilgotnym powietrzu do pożądanego czasu po infekcji.
Pozostaw larwy zakażone C.Burnetii na talerzu na 24 godziny. Umieść 12-milimetrową okrągłą szklankę nakrywkową w dołku na 24-dołkowej płytce. Odpipetować 500 mikrolitrów DHIM do studzienki.
Wydobyj i pobierz hemolimfę z wcześniej zainfekowanych larw, a następnie wyrzuć hemolimfę do studni. Odwirować płytkę o sile 1000 G przez pięć minut. Skonfiguruj mikroskop konfokalny do trójkolorowego obrazowania DAPI, EGFP i mCherry.
Umieść próbkę pod mikroskopem i ustaw ostrość na próbce za pomocą obiektywu z aperturą numeryczną 63x 1,4. Zlokalizuj żądane hemocyty w polu widzenia do obrazowania. Następnie dostosuj moc lasera i wzmocnienia detektora, aby uzyskać odpowiednią ekspozycję próbki.
Sprawdź wiele płaszczyzn Z, aby upewnić się, że poziom ekspozycji jest odpowiedni dla całej grubości próbki. Następnie znajdź górną i dolną pozycję na osi Z całego hemocytu. Ustaw te pozycje jako pozycje początkowe i końcowe dla przekroju Z.
Użyj zoomu skanowania, aby zobrazować obszar zawierający hemocyt. Zbierz serię obrazów w odpowiedniej rozdzielczości, na przykład 1024 na 1024 piksele w płaszczyźnie X, Y i odstępy 0,3 mikrometra w wymiarze Z. Zaimportuj plik serii obrazów z przekrojem Z do oprogramowania powiązanego z mikroskopem konfokalnym w celu rekonstrukcji modelu 3D.
Wybierz kolokalizację komórek wybarwionych jądrami wybarwionymi DAPI i C.Burnetii wykazującym ekspresję mCherry w hemocycie eksprymującym EGFP. Przytnij serię obrazów tak, aby zawierała tylko pojedynczą komórkę. Wybierz opcję Przeglądarka 3D, która rekonstruuje model 3D przy użyciu wstępnie spakowanego algorytmu oprogramowania.
Wybierz żądany typ obrazowania dla reprezentacji 3D spośród opcji mieszania, powierzchni i mieszanych. W tej metodzie hemocyty, jądra i C.Burnetii są pokazane za pomocą modeli powierzchniowych. Obserwuj zrekonstruowaną komórkę 3D z różnych pozycji oglądania, przytrzymując przycisk myszy i przeciągając kursor po ekranie.
Dostosuj orientację komórki i położenie modelowanego źródła światła, aby zoptymalizować obraz. Na koniec wykonaj przekroje poprzeczne przez model za pomocą poleceń przycinania i przekroju, aby zobrazować wewnętrzną zawartość hemocytu. Wizualizacja wyekstrahowanych żywych hemocytów eksprymujących EGFP pod kontrolą sterownika hemolektyny z wielu obrazów pokazuje, że większość komórek DAPI-dodatnich jest również EGFP-dodatnich.
Przekroje hemocytów zakażonych Coxiella Burnetii potwierdzają obecność bakterii eksprymujących mCherry we wnętrzu komórki. Obrazy zostały zrekonstruowane w modele 3D i zaobserwowaliśmy, że hemocyty zakażone in vivo wykazywały większe rozszerzenia cytoplazmatyczne i były bardziej płaskie w naturze. Podczas gdy hemocyty zakażone ex vivo były bardziej kuliste.
Przekroje obu modeli potwierdzają obecność Coxielli wyrażającej mCherry we wnętrzu komórki. Wyekstrahowane hemocyty zostały zakażone IIV6 i poddane analizie qRT PCR, która wykazała znacznie wyższe poziomy transkryptu IIV6-193R między pozorowanymi i zakażonymi IIV6 komórkami. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby wszystkie podłoża przygotować z wyprzedzeniem i zrównoważyć je do temperatury pokojowej, aby komórki nie były zbyt długo pozbawione odpowiednich składników odżywczych.
Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak poszukiwanie RNA pojedynczej komórki, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak ogólna odpowiedź gospodarza na infekcję. Po opracowaniu technika ta pomaga naukowcom zajmującym się immunologią i mikrobiologią badać inwazję patogenów i reakcje gospodarza u muszek owocowych lub innych zwierząt z otwartymi układami krążenia.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Ta metoda pokazuje, jak wizualizować inwazję patogenów na komórki owadów przy użyciu trójwymiarowych (3D) modeli. Hemocyty z larw Drosophila są zarażane wirusowymi lub bakteryjnymi patogenami, co umożliwia szczegółowe obrazowanie i rekonstrukcję komórkową.
This protocol enables direct visualization of pathogen invasion in primary immune cells, supporting mechanistic de-risking in early-stage target validation for antimicrobial or immunomodulatory candidates. By providing quantitative, imaging-based confirmation of intracellular pathogen localization, it enhances predictive confidence in preclinical screening workflows. The method bridges discovery biology with translational relevance through scalable extraction of sufficient primary cells for downstream molecular analysis.
The method fits within the discovery continuum from target validation through lead optimization, where primary cell-based infection models inform hit-to-lead decisions.