$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
In vitro 48,49,50 aşağı akış deneyleri için sağlam ve tekrarlanabilir S. aureus biyofilmleri yetiştirmek için çok sayıda çaba sarf edilmiştir. PLL'nin katyonik doğasından yararlanan ve sağlam in vitro S. aureus biyofilmlerinin büyümesi için medyayı glikozla destekleyen standartlaştırılmış bir protokol özetlenmiştir. PLL ilavesi, negatif yüklü bakteri hücresinin pozitif yüklü PLL kaplı yüzeylere daha iyi bağlanmasını sağlar. 10 μg / mL konsantrasyonunda PLL'nin, 24 saat51 saat boyunca inkübe edildiğinde Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli ve S. aureus'a karşı antimikrobiyal aktiviteye sahip olduğunu belirtmek önemlidir. Aynı konsantrasyon yüzeyleri kaplamak için kullanılır; Bununla birlikte, fazla PLL aspire edilir, bu da biyofilm büyümesi için tohumlama yaparken PLL konsantrasyonunu 10 μg / mL'den düşürür.
PLL'nin sadece% 2 glikozlu MEMα gibi spesifik büyüme ortamlarında çalıştığını, burada S. aureus'un minimum değişkenliğe sahip sağlam biyofilmler ürettiğini belirtmek önemlidir (Şekil 2A). Diğer ortam türleriyle birlikte kullanılacak PLL konsantrasyonu, kuyucukları kaplamak için artan bir PLL konsantrasyonu kullanmak gibi daha fazla optimizasyon gerektirecektir. Ek olarak, bu koşullar bir monotür S. aureus biyofilmi için optimize edilmiştir. Kronik yara biyofilmleri genellikle polimikrobiyal olmakla birlikte, monotür biyofilmi ve nötrofiller ve diğer bağışıklık hücreleri ile etkileşimlerini incelemek için tahlilleri standartlaştırmak, patogeneze katkılarını anlamada anahtardır52. Bu standartlaştırılmış protokoller, polimikrobiyal biyofilmleri ve nötrofiller ile etkileşimlerini sürdürmek ve incelemek için daha da optimize edilebilir.
TSB gibi zengin bakteri kültürü ortamlarının nötrofil canlılığının kaybına yol açtığı da gözlenmiştir (Şekil 1). Bu nedenle, memeli hücre kültürleri için kullanılan MEMa'daki S. aureus biyofilmlerinin büyüme koşulları optimize edildi. Nötrofiller içeren çalışmalar için, bu ortam nötrofil canlılığını destekler ve S. aureus büyümesini teşvik eder. Medyanın nötrofillerin yaşayabilirliğini etkilediği gözlenirken, periferik insan kanından izole edilen nötrofillerin 20 saat53'e kadar yaklaşık% 70 apoptotik nötrofil ile ex vivo apoptoza maruz kaldığını düşünmek de önemlidir. Bu, deneylere hazırlanırken nötrofillerin buz üzerinde depolanması, endotoksin içermeyen reaktiflerin kullanılması ve nötrofillerin bulunduğu örneklerin girdabından kaçınarak nötrofillerin aktivasyonunun önlenmesi gibi uygun kullanımı gerektirir.
Nötrofillerde oksidatif patlamanın değerlendirilmesi, nötrofillerin patojen 14,54,55 üzerindeki öldürücü etkisini belirlemek için rutin olarak yapılır. Bu çalışmalar sıklıkla nötrofillerin eklendiği planktonik bakterilerle gerçekleştirilir ve oksidatif patlama yanıtı, nötrofiller tarafından üretilen süperoksit anyonları tespit eden luminol amplifikasyonlu kemilüminesans kullanılarak ölçülür. Mevcut protokol, planktonik bakterilerin statik olarak yetiştirilen 18 saat S. aureus biyofilmi ile değiştirilmesiyle modifiye edilir. Bu nedenle, nötrofiller aktivasyonlarını değerlendirmek için doğrudan biyofilme eklenebilir. Öte yandan, biyofilmlerdeki bakteriler, ROS 23,56'yı detoksifiye etmek için katalaz ve süperoksit dismutaz gibi enzimler üretir. Staphylococcus epidermidis biyofilmleri, stres57 altında planktonik muadilinden daha yüksek katalaz üretir. Bir S. aureus biyofilmindeki PMA ile uyarılmış nötrofillerin toplam kemilüminesansı, biyofilmin bulunmadığı PMA ile uyarılmış nötrofillerden anlamlı derecede düşüktür (Şekil 2). Bu, bu detoksifiye edici enzimlerin aktivitesinden kaynaklanıyor olabilir. Ayrıca, S. aureus biyofilmleri, nötrofilleri öldüren lökocidinler adı verilen birkaç gözenek oluşturan toksin üretir58. Azalan patlama tepkisi, S. aureus biyofilminin varlığında nötrofillerin canlılığının azalmasından da kaynaklanmaktadır. Bu çalışma, hücrelerin hem içinde hem de dışında üretilen toplam ROS'u tespit eden luminol kullanırken, CM-H2 DCFDA (5-(ve-6)-klorometil-2'7'-diklorodihidrofloresein diasetat) veya isoluminol gibi diğer reaktifler, çalışmanın amacı hücre içi veya hücre dışıROS üretimini incelemek ise göz önünde bulundurulmalıdır.
Nötrofil-biyofilm etkileşimlerini mikroskopi yoluyla görselleştirme yeteneği, nötrofillerin ve biyofilmlerin birbirlerinin varlığındaki davranışları hakkında bilgilendirici olabilir. Floresan boyaların ve proteinlerin uyarılması ve emisyon spektrumları, 30 dakikalık bir inkübasyondan sonra 18 saatlik bir S. aureus biyofilmi ve nötrofiller arasındaki etkileşimin anlık görüntüsünü temsil eder. Lekeli hücrelerden gelen sinyalleri etkili bir şekilde yakalamak için, mikroskopi için numuneleri ayarlarken numunelerin ışık kaynaklarına maruz kalmasını sınırlamak önemlidir. Görüntüleme sırasında, farklı kanallar için Z-yığını yüksekliği ve pozlama süresi gibi tüm parametreleri ayarlarken ışık kaynağının yoğunluğunu azaltarak numunelerin hızlı fotobeyazlatılması önlendi.
Bu basit uygulamalar, biyofilm içinde az sayıda nötrofilin lokalize olduğunun gözlemlendiği uygun mikroskopi görüntülemesine izin verdi (Şekil 4A). Bunun nedeni, biyofilm içinde bulunan boşluklardan kaynaklanabilir, çünkü MEMa'da% 2 glikoz ile yetiştirilen 18 h S. aureus biyofilmi, yüzeyi düzgün bir şekilde kaplamaz (Şekil 4B). Bununla birlikte, diğer çalışmaların zengin medya kullanımı, S. aureus biyofilm büyümesinin ve biyofilm 30,58'e nüfuz eden lökositlerin tek tip bir çimini göstermiştir. Ayrıca, nötrofiller58'i lize eden S. aureus biyofilm tarafından üretilen lökocidinlere bağlı olarak S. aureus biyofilmleri ile 30 dakikalık inkübasyondan sonra nötrofil hücre ölümü olduğu da gözlenmiştir (Şekil 4A, D). Yapışmamış nötrofillerin 30 dakika boyunca biyofilm ile inkübe edilmesinden sonra çıkarılması için bir yıkama adımının eklenmesi, 30 dakikalık inkübasyondan hemen sonra mikroskopinin yapıldığı yıkanmamış gruba kıyasla ölü nötrofillerin ~% 15'ini sistemden uzaklaştırdı (Şekil 4D). S. aureus ile etkileşen nötrofiller de gözlenmiştir (Şekil 4C). S. aureus'un nötrofiller tarafından yutulup yutulmadığını veya nötrofillerin hücre yüzeyine bağlanıp bağlanmadığını değerlendirmek için daha fazla deney gereklidir54. Nötrofillerin ve biyofilmlerin görüntülenmesi, fagositoz ve NETosis54,59 gibi akış aşağı yönde çeşitli nötrofil işlevlerini değerlendirmek için ilk adımdır. Nötrofillerin biyofilmler üzerindeki etkisi, diğerlerinin yanı sıra, adım 5.6'da listelenen görüntü analiz araçları kullanılarak biyofilm biyokütlesinin, biyofilmin yapısal değişikliklerinin ve biyofilm canlılığının ölçülmesiyle de değerlendirilebilir. Son olarak, nötrofillerde donörden donöre değişkenlik vardır; Bu nedenle, nötrofiller içeren çalışmalar için en az üç farklı donörün kullanılması önerilmektedir.
Genel olarak, nötrofiller ve biyofilmler arasındaki etkileşimleri değerlendirmek için standartlaştırılmış in vitro testler birleştirildi. Bu tahlillerde S. aureus kullanılsa da, açıklanan protokoller diğer patojenleri incelemek için kolayca uyarlanabilir. Konakçı-patojen etkileşimlerini incelemek için çeşitli in vivo modeller olsa da, özellikle koşullar optimize edilmemişse, pahalı ve emek yoğun olabilirler. Standartlaştırılmış in vitro tahlillerle çalışmak, deneysel koşulları optimize etmeyi ve in vivo bir sisteme geçmeden önce gözlemleri doğrulamayı sağlar. Son olarak, in vivo biyofilm-nötrofil etkileşimlerini incelemek için çeşitli hayvan enfeksiyon modelleri kullanılmıştır. Bununla birlikte, insanlar ve hayvan modelleri arasındaki immünolojik farklılıkları göz önünde bulundurmak önemlidir60,61,62,63. Bu, bu karmaşık konakçı-patojen etkileşimlerini incelemek için insanlardan türetilen nötrofillerin kullanılmasını gerektirir.