Мы представляем метод модели патогенеза грибов, который сохраняет естественное расположение спор грибов в дыхательных путях легких для анализа с помощью флуоресцентной микроскопии.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Мы представляем метод модели патогенеза грибов, который сохраняет естественное расположение спор грибов в дыхательных путях легких для анализа с помощью флуоресцентной микроскопии.
Грибки заражают человека при вдыхании спор окружающей среды в легкие. Легкое – неоднородный орган. Проводящие дыхательные пути, в том числе бронхи и бронхиолы, разветвляются до тех пор, пока не заканчиваются в альвеолярном воздушном пространстве, где происходит газообмен. Инфекции, возникающие в бронхиолах или альвеолах, вызывают различные реакции хозяина и проявления болезни. Таким образом, точное понимание того, где споры естественным образом локализуются в легких, особенно вскоре после заражения, расширяет возможности для исследования взаимодействий хозяина и патогена. В данной работе мы подробно описываем анализ in situ легких мышей, инфицированных Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ arthroconidia. Традиционные методы гистологической консервации включают жидкостное надувание дыхательных путей с помощью фиксирующего раствора, который смещает естественное расположение аспирированных грибковых частиц, выталкивая споры из проксимальных бронхиол в терминальные воздушные пространства.
И наоборот, этот метод надувания воздуха с помощью перфузионной фиксации кровеносной сосудистой сети сохраняет физиологическое положение спор грибов в бронхиолах. Кроме того, мы описываем простой подход к криоконсервации, встраиванию и визуализации образцов легких. Мы также делимся высокопроизводительными вычислительными методами с помощью программы QuPath с открытым исходным кодом для анализа пространственного распределения спор грибов в легких. Представленный здесь метод прост и быстр, требует минимального оборудования для выполнения и может быть легко адаптирован для использования со многими моделями респираторных грибковых инфекций.
Человек может вдыхать до миллиардов спор в день из различных грибов окружающейсреды. Чтобы понять нашу барьерную защиту от этих вдыхаемых спор, мы должны оценить точную микроанатомическую среду, в которой эти споры попадают в дыхательные пути и паренхиму легких. Клеточный состав дыхательных путей (т.е. эпителиальных клеток) значительно трансформируется по ходу трахеи, бронхов, бронхиол и альвеол. Каждая из этих отдельных областей состоит из различных типов клеток с дискретными функциями, что позволяет использовать арсенал защитных механизмов для предотвращения патологической инфекции.
Точное местоположение отложения спор легочных грибков может варьироваться между просветами дыхательных путей колоннарных бронхиол, выстланных эпителием, альвеолярными протоками или альвеолами2. Большинство клинически значимых видов грибов производят споры диаметром от 1 до 10 мкм3. Отложение этих частиц спор в легких зависит от нескольких факторов, таких как аэродинамика, плотность, электрический заряд и форетические силы, которые могут влиять на механизм осаждения после вдыхания4. Как правило, крупные частицы (> 6 мкм) осаждаются в верхних дыхательных путях, частицы среднего размера (2-6 мкм) могут откладываться в более мелких дыхательных путях, а мелкие частицы (<2 мкм) достигают альвеолярной области5. Сообщалось, что споры аспергилл (2-3 мкм) достигают альвеолярных пространств, но клинические патологоанатомические отчеты также указывают на значительное бремя бронхиальной и бронхиолярной болезни6. В связи с растущей популярностью гибкойбронхоскопии также растет признание эндобронхиальных грибковых инфекций Aspergillus fumigatus, Coccidioides immitis, видов Candida, Cryptococcus neoformans, Histoplasma capsulatum и Zygomycetes. Недавние достижения в области микроскопической визуализации инфекций, вызванных аспергиллами, у мышей также показали, что более проксимальные воздушные пространства, такие как бронхи и бронхиолы, могут нести наибольшую нагрузку для патологической грибковой пролиферации8. Исследования реакции хозяина на легочные грибковые инфекции показали, что как бронхиолярные эпителиальные клетки, так и альвеолярные эпителиальные клетки играют важную роль в качестве иммунных стражей, поэтому выяснение точных мест отложения спор и взаимодействия эпителия будет иметь жизненно важное значение для будущей работы 2,9,10.
Изучение динамики патогенеза проксимальных дыхательных путей затруднено, поскольку стандартные методы фиксации легких и подготовки к разрезам могут вытеснить споры из этих проксимальных положений в эпителиально выстланных дыхательных путях и вытолкнуть их к дистальным терминальным альвеолярным областям. Как правило, 10% формалина или 4% параформальдегида используется для раздувания легких и быстрого воздействия на все легкое фиксатора. При подготовке легких к криосекции некоторые группы вводят в легкие соединение оптимальной температуры резания (ОКТ) для улучшения производительности криосекции11. Эти методы полезны в правильном контексте, но было обнаружено, что наша лаборатория и другие группы вытесняют споры и частицы из проксимальных мест, тем самым мешая интерпретации типов клеток, подвергшихся воздействию спор, ипоследующей реакции хозяина.
Для точного установления микроанатомической локализации вдыхаемых спор грибов нами разработан быстрый, малоресурсный метод сохранения локализации спор грибов в дыхательных путях мышей. Мы адаптировали метод фиксации сосудистой перфузии с надуванием воздуха у мышей от Thomas et al. (2021), в котором мы сократили количество оборудования, времени и технических навыков, необходимых для достижения удовлетворительного результата13. С помощью описанного здесь метода мы обнаружили, что артроконидии Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ (размером 3-5 мкм) накапливаются проксимальнее, чем было показано ранее, а именно в дистальных бронхиолах и бронхо-альвеолярных соединениях, а не в терминальных альвеолах. Эта информация может сфокусировать биологические вопросы, касающиеся критических типов клеток, связанных с этими областями легких, и их влияния на раннюю реакцию на вдыхаемые грибковые споры.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все методы, описанные в этом протоколе, были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) Rutgers Biomedical Health Sciences.
1. Маркировка спор внутриклеточной флуоресценцией
2. Инокуляция мыши спорами путем аспирационной ингаляции с использованием изофлурановой анестезии
ВНИМАНИЕ: Изофлуран является летучим анестетиком и должен использоваться в канальном шкафу биобезопасности или вытяжном шкафу.

Рисунок 1: Аппарат для изофлурана методом открытой капли посева спор. На дно банки объемом 1 л с завинчивающейся крышкой кладут сложенную салфетку, а затем вставляют круглую пластиковую сетку, которая служит платформой для мышей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
3. Эвтаназия мышей
4. Перфузия легких с ПБС и формалином
5. Надувание воздуха в перфузии легкого
6. Иммерсионная фиксация и обезвоживание
7. Криосекция
8. Подготовка и блокировка предмета
9. Иммуноокрашивание
10. Визуализация с помощью флуоресцентной микроскопии
11. Пространственный анализ с помощью QuPath
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот метод в конечном итоге позволяет получать иммунофлуоресцентные изображения легких мышей с использованием физиологического надувания воздуха, чтобы не беспокоить дыхательные пути. Важно отметить, что несколько контрольных точек на этом пути подтвердят, что компоненты протокола были выполнены успешно. Во время инокуляции важно подтвердить, что инокулюм был аспирирован, нащупав «хрипы» на задней грудной стенке мыши, которые указывают на попадание жидкости в дыхательные пути. Если ощущения хрипа нет, возможно, мышь прог...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Мы создали конвейер для ингаляции спор и анализа пространственного осаждения вдыхаемых спор. Этот конвейер предоставляет ценную информацию для определения соответствующих стромальных областей легких, пораженных вдыханием Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ arthroconidia. Мы наблюдали, что споры Coccidioides и инертные частицы аналогичного размера (данные не показаны) накапливаются в дистальных бронхиолярных областях и бронхо-альвеолярных соединениях, а не полностью ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Финансирование и поддержка были получены за счет гранта NIH K22 AI153678-01 и Школы последипломного образования Рутгерса. Мы благодарим Фавада Юсуфзая и Люка Фрицки из Rutgers Biomedical Health Sciences Cellular Imaging and Histology Core за их работу и опыт в получении иммунофлуоресцентных изображений.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 18 г, 1 игла (305185) | Fisher | 305185 | |
| 1 л Завинчивающаяся банка (Налген) | Fisher Scientific | 11-823-33 | |
| Air-Tite Bulk Unsterile Шприцы 10 мл Luer Lock | Fisher | 14-817-175 | |
| AnaSed Injection (стерильный раствор ксилазина) | Akorn | 59399-110-20 | |
| Блокатор и разбавитель животного происхождения, R.T.U. | Vector | SP-5035-100 | |
| BD Insyte Autoguard Крылатый экранированный внутривенный катетер с материалом катетера BD Vialon 18 G x 1.88 in | BD | 381547 | |
| BD Pharmingen Purified Rat Anti-Mouse CD16/CD32 (мышь BD fc block™) | BD | 553142 | |
| CellTracker Оранжевый краситель CMRA Fisher | Scientific | NC0873640 | |
| CFSE | Labviva | 75003 | |
| Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ | BEI Resources | NR-166 | |
| Corning 70 микронные ситечки | VWR | 10054-456 | |
| EpCAM AlexaFluor647 моноклональное антитело | Biolegend | 118211 | |
| Exel International HYpodermic Needles 30 G x 1/2" | Labviva | EN3012 | |
| Fisherbrand Стерильные шприцы для одноразового использования (1 мл, Leur Slip) | Fisher | 14-955-462 | |
| Моногидрат глюкозы | Azer Scientific | ES17530-500G | |
| Высоковакуумная смазка | VWR | 59344-055 | |
| Hoechst 33342 Раствор 20 мМ (5 мл) | ThermoFischer | 62249 | |
| Изофлуран USP | Covetrus | 29405 | |
| Кетамина гидрохлорид | Dechra | 1000001250 | |
| KIMWIPES Деликатные стеклоочистители (4,4 дюйма x 8,4 дюйма) | VWR | 21905-026 | |
| Lexer Baby Scissors | FST | 14078-10 | |
| Микроадсон Щипцы | FST | 11018-12 | |
| Нейтральный буферизованный формалин (10%) (Azer Scientific) | Fisher | 22-026-350 | |
| Nunc EasYФляги для культуры тканей, T75, фильтрующие колпачки | VWR | 15708-134 | |
| PBS VWR | 45000-446 | ||
| Peel-A-Way формы для встраивания | Sigma | E6032-1CS | |
| QuPath 0.5.1 Программное обеспечение | с открытым исходным кодом | https://qupath.github.io/ | |
| Шелковая шовная нить размер 3/0 | FST | 18020-30 | |
| SlidesMicro Slides Superfrost Plus | VWR | 48311-703 | |
| SlowFade Glass Soft-set Anti Fade Mountant (2 мл) | ThermoFischer | S36917 | |
| Sucrose | Sigma | S0389-500G | |
| Tissue-Tek O.C.T. Compound, Sakura Finetek | VWR | 25608-930 | |
| Tween 20 | ThermoFischer | J20605. | |
| Vector Laboratories ImmEDGE Гидрофобная барьерная ручка набор из 2 | Fisher Scientific | NC9545623 | |
| VWR Micro Cover, прямоугольные (24 мм x 40 мм #1.5) | VWR | 48393-230 | |
| Белая пластиковая проволочная сетка | MAPORCH | 789862904922 | |
| экстрактом дрожжей | Fisher | BP9727-500 | |
| Zeiss AxioScan 7 | Carl Zeiss Microscopy GmbH | https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/imaging-systems/axioscan-for-biology.html | многоканальный флуоресцентный микроскоп |
| ZEN 3.7 программное обеспечение | Carl Zeiss Microscopy GmbH | https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/software/zeiss-zen.html | программное обеспечение для микроскопии |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.