A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
نقدم طريقة لنموذج التسبب في المرض الفطري الذي يحافظ على الوضع الطبيعي للجراثيم الفطرية في الشعب الهوائية للرئة لتحليلها عبر الفحص المجهري الفلوري.
تصيب الفطريات البشر عندما يتم استنشاق الجراثيم البيئية في الرئتين. الرئة عضو غير متجانس. تفرع المسالك الهوائية الموصلة ، بما في ذلك الشعب الهوائية والقصيبات الهوائية ، حتى تنتهي في المجال الجوي السنخي حيث يحدث تبادل الغازات. تثير العدوى التي تنشأ في القصيبات أو الحويصلات الهوائية استجابات مميزة للمضيف ومظاهر مرضية. لذلك ، فإن الفهم الدقيق لمكان تتموضع الجراثيم بشكل طبيعي في الرئتين ، خاصة بعد فترة وجيزة من الإصابة ، يوسع فرص التحقيق في تفاعلات المضيف والمسببات المرضية. هنا ، نشرح بالتفصيل تحليلا في الموقع للرئتين من الفئران المصابة ب Coccidioides posadasii cts2 / ard1 / cts3Δ arthroconidia. تتضمن الطرق التقليدية للحفظ النسيجي تضخما سائلا للممرات الهوائية بمحلول مثبت ، مما يزيح الموقع الطبيعي للجزيئات الفطرية المستنشقة ، مما يدفع الجراثيم من القصيبات القريبة إلى المساحات الطرفية.
على العكس من ذلك ، فإن طريقة نفخ الهواء هذه مع تثبيت نضح الأوعية الدموية تحافظ على الوضع الفسيولوجي للجراثيم الفطرية داخل القصيبات. علاوة على ذلك ، نصف نهجا بسيطا لحفظ عينات الرئة بالتبريد وتضمينها وتصويرها. نشارك أيضا التقنيات الحسابية عالية الإنتاجية عبر برنامج QuPath مفتوح المصدر لتحليل التوزيع المكاني للجراثيم الفطرية داخل الرئة. الطريقة المعروضة هنا بسيطة وسريعة ، وتتطلب الحد الأدنى من المعدات لأدائها ، ويمكن تكييفها بسهولة للاستخدام مع العديد من نماذج العدوى الفطرية التنفسية.
يمكن للبشر استنشاق ما يصل إلى مليارات الجراثيم يوميا من مجموعة متنوعة من الفطريات البيئية1. لفهم دفاعاتنا الحاجزة ضد هذه الجراثيم المستنشقة ، يجب أن نقدر البيئات التشريحية الدقيقة حيث تهبط هذه الجراثيم داخل الشعب الهوائية وحمة الرئة. يتحول التركيب الخلوي للممرات الهوائية (أي الخلايا الظهارية) بشكل كبير على طول القصبة الهوائية والشعب الهوائية والقصيبات الهوائية والحويصلات الهوائية. تتكون كل منطقة من هذه المناطق المتميزة من أنواع مختلفة من الخلايا ذات الوظائف المنفصلة التي توفر ترسانة من الدفاعات لمنع العدوى المرضية.
يمكن أن يختلف الموقع الدقيق لترسب الأبواغ الفطرية الرئوية بين تجويف مجرى الهواء للقصيبات العمودية المبطنة بالظهارة أو القنوات السنخية أو الحويصلاتالهوائية 2. تنتج معظم الأنواع الفطرية ذات الصلة سريريا جراثيم يتراوح قطرها بين 1 ميكرومتر و 10 ميكرومتر3. يعتمد ترسب جزيئات البوغ هذه في الرئة على عدة عوامل ، مثل الديناميكا الهوائية والكثافة والشحنة الكهربائية والقوى الفوريتية ، والتي يمكن أن تؤثر على آلية الترسيب بعد الاستنشاق4. بشكل عام ، ترسيب الجسيمات الكبيرة (> 6 ميكرومتر) في مجرى الهواء العلوي ، ويمكن للجزيئات متوسطة الحجم (2-6 ميكرومتر) أن تترسب في الشعب الهوائية الأصغر ، وتصل الجسيمات الصغيرة (<2 ميكرومتر) إلى المنطقة السنخية5. تم الإبلاغ عن وصول جراثيم الرشاشيات (2-3 ميكرومتر) إلى الفراغات السنخية ، لكن تقارير علم الأمراض السريرية تشير أيضا إلى عبء كبير من مرض الشعب الهوائية والقصيباتالهوائية 6. هناك أيضا اعتراف متزايد بالالتهابات الفطرية داخل القصبات من Aspergillus fumigatus و Coccidioides immitis و Candida و Cryptococcus neoformans و Histoplasma capsulatum و Zygomycetes بسبب الشعبية المتزايدة لتنظير القصبات المرن7. كشفت التطورات الحديثة في التصوير المجهري لعدوى الرشاشيات في الفئران أيضا أن المزيد من المساحات الجوية القريبة مثل الشعب الهوائية والقصيبات الهوائية قد تتحمل العبء الأكبر لتكاثر الفطريات المرضية8. أظهرت الأبحاث التي أجريت على استجابة المضيف للالتهابات الفطرية الرئوية أن كلا من الخلايا الظهارية القصبية والخلايا الظهارية السنخية تلعب أدوارا مهمة كحراس مناعيين ، لذا فإن توضيح المواقع الدقيقة لترسب الأبواغ والتفاعل الظهاري سيكون أمرا حيويا للعمل المستقبلي2،9،10.
من الصعب دراسة ديناميكيات التسبب في مجرى الهواء القريب لأن تقنيات تثبيت الرئة القياسية وتحضير المقطع يمكن أن تحل محل الجراثيم من هذه المواضع القريبة في الشعب الهوائية المبطنة بالظهارة وتدفعها نحو المناطق السنخية الطرفية البعيدة. بشكل عام ، يتم استخدام 10٪ فورمالين أو 4٪ بارافورمالدهايد لتضخيم الرئتين وتعريض الرئة بأكملها بسرعة للتثبيت. عند تحضير الرئتين للاستئصال بالتبريد ، تقوم بعض المجموعات بإدارة مركب درجة حرارة القطع المثلى (OCT) في الرئتين لتحسين أداء القطع بالتبريد11. هذه الممارسات مفيدة في السياق الصحيح ولكن وجد مختبرنا ومجموعات أخرى أنها تحل محل الجراثيم والجسيمات من المواقع القريبة ، وبالتالي تتداخل مع التفسيرات حول أنواع الخلايا المعرضة للأبواغ واستجابة المضيفاللاحقة 12.
لتحديد التوطين التشريحي الدقيق للجراثيم الفطرية المستنشقة بدقة ، قمنا بتطوير طريقة سريعة ومنخفضة الموارد للحفاظ على موقع الجراثيم الفطرية في الشعب الهوائية للفئران. قمنا بتكييف طريقة تثبيت نضح الأوعية الدموية لتضخم هواء الفئران من Thomas et al. (2021) ، حيث قمنا بتقليل كمية المعدات والوقت والمهارة الفنية المطلوبة لتحقيق نتيجة مرضية13. من الطريقة الموضحة هنا ، لاحظنا أن Coccidioides posadasii cts2 / ard1 / cts3Δ arthroconidia (حجم 3-5 ميكرومتر) يتراكم بشكل قريب أكثر مما هو موضح سابقا ، أي في القصيبات البعيدة والوصلات القصبية السنخية بدلا من الحويصلات الهوائية الطرفية. يمكن أن تركز هذه المعلومات على الأسئلة البيولوجية المتعلقة بأنواع الخلايا الحرجة المرتبطة بهذه المناطق من الرئة وتأثيرها على الاستجابات المبكرة للجراثيم الفطرية المستنشقة.
تمت الموافقة على جميع الطرق الموضحة في هذا البروتوكول من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدامه (IACUC) التابعة لعلوم روتجرز الطبية الحيوية.
1. تسمية الجراثيم مع التألق داخل الخلايا
2. تلقيح الفأر بالجراثيم من خلال استنشاق الشفط باستخدام تخدير الأيزوفلوران
تنبيه: الأيزوفلوران هو عامل تخدير متطاير ويجب استخدامه داخل خزانة السلامة الحيوية الأنبوبية أو غطاء الدخان.
الشكل 1: جهاز لطريقة الإسقاط المفتوح للإيزوفلوران لتلقيح الأبواغ. يتم وضع منديل مطوي في الجزء السفلي من جرة علوية لولبية سعة 1 لتر ، ثم يتم إدخال شبكة بلاستيكية دائرية لتكون بمثابة منصة للفئران. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. القتل الرحيم للفئران
4. نضح الرئتين مع PBS والفورمالين
5. تضخيم الرئة المنفوخة بالهواء
6. الغمر التثبيت والجفاف
7. التقطيع بالتبريد
8. إعداد الشرائح وحجب
9. تلطيخ المناعة
10. التصوير عن طريق المجهر الفلوري
11. التحليل المكاني عبر QuPath
تنتج هذه الطريقة في النهاية صورا مناعية فلورية لرئتي الفئران باستخدام نفخ الهواء الفسيولوجي لترك الشعب الهوائية دون إزعاج. الأهم من ذلك ، أن نقاط التفتيش المتعددة على طول الطريق ستؤكد أن مكونات البروتوكول قد تم تنفيذها بنجاح. أثناء التلقيح ، من المهم التأكد من أن اللقاح...
لقد أنشأنا خط أنابيب لاستنشاق الأبواغ وتحليل الترسب المكاني للجراثيم المستنشقة. يوفر خط الأنابيب هذا معلومات قيمة لتحديد المناطق اللحمية ذات الصلة في الرئة المتأثرة باستنشاق Coccidioides posadasii cts2 / ard1 / cts3Δ arthroconidia. لقد لاحظنا أن جراثيم Coccidioides والجسيمات الخاملة ذات ?...
المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.
تم الحصول على التمويل والدعم من خلال منحة المعاهد الوطنية للصحة K22 AI153678-01 وكلية روتجرز للدراسات العليا. نشكر فؤاد يوسفزاي ولوك فريتزكي من جامعة روتجرز للعلوم الصحية الحيوية للتصوير الخلوي والأنسجة الأساسية على عملهما وخبرتهما في الحصول على صور الفلورسنت المناعي.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
18 G, 1 1/2 needle (305185) | Fisher | 305185 | |
1 L Screwtop Jar (Nalgene) | Fisher Scientific | 11-823-33 | |
Air-Tite Bulk Unsterile Syringes 10 mL Luer Lock | Fisher | 14-817-175 | |
AnaSed Injection (xylazine sterile solution) | Akorn | 59399-110-20 | |
Animal-Free Blocker and Diluent, R.T.U. | Vector | SP-5035-100 | |
BD Insyte Autoguard Winged Shielded IV Catheter with BD Vialon Catheter Material 18 G x 1.88 in | BD | 381547 | |
BD Pharmingen Purified Rat Anti-Mouse CD16/CD32 (Mouse BD Fc Block™) | BD | 553142 | |
CellTracker Orange CMRA Dye | Fisher Scientific | NC0873640 | |
CFSE | Labviva | 75003 | |
Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ | BEI Resources | NR-166 | |
Corning 70 micron strainers | VWR | 10054-456 | |
EpCAM AlexaFluor647 monoclonal antibody | Biolegend | 118211 | |
Exel International HYpodermic Needles 30 G x 1/2" | Labviva | EN3012 | |
Fisherbrand Sterile Syringes for Single Use (1mL, Leur Slip) | Fisher | 14-955-462 | |
Glucose Monohydrate | Azer Scientific | ES17530-500G | |
High Vacuum Grease | VWR | 59344-055 | |
Hoechst 33342 Solution 20 mM (5 mL) | ThermoFischer | 62249 | |
Isoflurane USP | Covetrus | 29405 | |
Ketamine Hydrochloride | Dechra | 1000001250 | |
KIMWIPES Delicate Task Wipers (4.4'' x 8.4") | VWR | 21905-026 | |
Lexer Baby Scissors | FST | 14078-10 | |
Micro-Adson Forceps | FST | 11018-12 | |
Neutral Buffered Formalin (10%) (Azer Scientific) | Fisher | 22-026-350 | |
Nunc EasYFlask tissue culture flasks, T75, filter caps | VWR | 15708-134 | |
PBS | VWR | 45000-446 | |
Peel-A-Way embedding molds | Sigma | E6032-1CS | |
QuPath 0.5.1 Software | Open-source | https://qupath.github.io/ | |
Silk Suture thread size 3/0 | FST | 18020-30 | |
SlidesMicro Slides Superfrost Plus | VWR | 48311-703 | |
SlowFade Glass Soft-set Antifade Mountant (2 mL) | ThermoFischer | S36917 | |
Sucrose | Sigma | S0389-500G | |
Tissue-Tek O.C.T. Compound, Sakura Finetek | VWR | 25608-930 | |
Tween 20 | ThermoFischer | J20605.AP | |
Vector Laboratories ImmEDGE Hydrophobic Barrier Pen Set Of 2 | Fisher Scientific | NC9545623 | |
VWR Micro Cover Glasses, Rectangular (24 mm x 40 mm #1.5) | VWR | 48393-230 | |
White Plastic Wire Mesh | MAPORCH | 789862904922 | |
Yeast Extract | Fisher | BP9727-500 | |
Zeiss AxioScan 7 | Carl Zeiss Microscopy GmbH | https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/imaging-systems/axioscan-for-biology.html | multichannel fluorescent microscope |
ZEN 3.7 Software | Carl Zeiss Microscopy GmbH | https://www.zeiss.com/microscopy/us/products/software/zeiss-zen.html | microscopy software |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved