JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다. 전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.
Method Article
우리는 형광 현미경을 통한 분석을 위해 폐 기도에서 곰팡이 포자의 자연스러운 위치를 보존하는 곰팡이 발병 모델에 대한 방법을 제시합니다.
곰팡이는 환경 포자가 폐로 흡입될 때 인간을 감염시킵니다. 폐는 이질적인 기관입니다. 기관지와 세기관지를 포함한 전도 기도는 가스 교환이 발생하는 폐포 공역에서 끝날 때까지 분기됩니다. 세기관지 또는 폐포에서 발생하는 감염은 뚜렷한 숙주 반응과 질병 징후를 유발합니다. 따라서 포자가 폐에서 자연적으로 어디에 위치하는지, 특히 감염 직후에 정확히 이해하면 숙주-병원체 상호 작용에 대한 조사 기회가 확대됩니다. 여기에서는 Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ arthroconidia에 감염된 마우스의 폐에 대한 현장 분석을 자세히 설명합니다. 조직학적 보존을 위한 기존의 방법은 흡인된 진균 입자의 자연적인 위치를 대체하여 근위 세기관지에서 말단 기도로 포자를 밀어내는 고착 용액으로 기도를 액체로 팽창시키는 것입니다.
반대로, 혈액 혈관 관류 고정을 통한 공기 팽창 방법은 세기관지 내 곰팡이 포자의 생리학적 위치를 보존합니다. 또한 폐 표본을 동결 보존, 포매 및 이미징하는 간단한 접근 방식을 설명합니다. 또한 오픈 소스 QuPath 프로그램을 통해 고처리량 계산 기술을 공유하여 폐 내 곰팡이 포자의 공간 분포를 분석합니다. 여기에 제시된 방법은 간단하고 빠르며, 수행하는 데 최소한의 장비만 필요하고, 많은 호흡기 진균 감염 모델에 쉽게 적용할 수 있습니다.
인간은 다양한 환경 곰팡이로부터 하루에 최대 수십억 개의 포자를 흡입할 수 있습니다1. 이러한 흡입된 포자에 대한 장벽 방어를 이해하려면 이러한 포자가 기도와 폐 실질 내에 도달하는 정확한 미세해부학적 환경을 이해해야 합니다. 기도(즉, 상피 세포)의 세포 구성은 기관, 기관지, 세기관지 및 폐포를 따라 크게 변형됩니다. 이러한 각 영역은 병리학적 감염을 예방하기 위한 방어 무기고를 사용하는 별개의 기능을 가진 서로 다른 세포 유형으로 구성됩니다.
폐진균 포자 침착의 정확한 위치는 원주형 상피가 늘어선 세기관지, 폐포 관 또는 폐포2의 기도 내강에 따라 다를 수 있습니다. 임상적으로 관련된 대부분의 곰팡이 종은 직경 1μm에서 10μm 사이의 포자를 생성합니다3. 이러한 포자 입자가 폐에 침착하는 것은 공기 역학, 밀도, 전하 및 영동력과 같은 여러 요인에 따라 달라지며, 이는 흡입 후 침강 메커니즘에 영향을 줄 수 있습니다4. 일반적으로 큰 입자(> 6 μm)는 상기도에 침착하고, 중간 크기의 입자(2-6 μm)는 작은 기도에 침착할 수 있으며, 작은 입자(<2 μm)는 폐포 영역에 도달한다5. 아스페르길루스 포자(2-3 μm)가 폐포 공간에 도달하는 것으로 보고되었으나, 임상 병리학 보고서에서도 기관지 및 세기관지 질환의 상당한 부담을 시사하고 있다6. 또한 유연한 기관지 내시경 검사의 인기가 높아짐에 따라 Aspergillus fumigatus, Coccidioides immitis, Candida species, Cryptococcus neoformans, Histoplasma capsulatum 및 Zygomycetes의 기관지 내 진균 감염에 대한 인식이 증가하고 있습니다7. 최근 생쥐의 아스페르길루스 감염에 대한 현미경 이미징의 발전으로 인해 기관지 및 세기관지와 같은 더 가까운 공기가 병리학적 진균 증식에 가장 큰 부담을 줄 수 있음이 밝혀졌습니다8. 폐진균 감염에 대한 숙주 반응에 대한 연구는 세기관지 상피 세포와 폐포 상피 세포가 모두 면역 파수꾼으로서 중요한 역할을 한다는 것을 보여주었으므로 포자 침착 및 상피 상호 작용의 정확한 위치를 밝히는 것이 향후 연구에 매우 중요할 것입니다 2,9,10.
이러한 근위 기도 발병 기전을 연구하는 것은 어려운 일인데, 그 이유는 표준 폐 고정 및 절편 준비 기술이 상피 내벽의 이러한 근위 위치에서 포자를 대체하고 원위 말단 폐포 부위로 밀어 넣을 수 있기 때문입니다. 일반적으로 10% 포르말린 또는 4% 파라포름알데히드는 폐를 팽창시키고 폐 전체를 고정제에 빠르게 노출시키는 데 사용됩니다. 동결절편을 위해 폐를 준비할 때, 일부 그룹은 동결절제 성능을 개선하기 위해 폐에 최적 절단 온도(OCT) 화합물을 투여합니다11. 이러한 관행은 올바른 맥락에서 유용하지만, 우리 실험실과 다른 그룹에서 포자와 입자를 근위 위치에서 치환하여 포자에 노출된 세포 유형과 후속 숙주 반응에 대한 해석을 방해하는 것으로 밝혀졌습니다12.
흡입된 진균 포자의 미세해부학적 국소화를 정확하게 확립하기 위해 당사는 생쥐의 기도에서 진균 포자의 위치를 보존하기 위한 빠르고 자원이 적은 방법을 개발했습니다. Thomas et al. (2021)의 쥐 공기-인플레이션 혈관 관류-고정 방법을 적용하여 만족스러운 결과를 달성하는 데 필요한 장비, 시간 및 기술의 양을 줄였습니다13. 여기에 설명된 방법에서 우리는 Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ arthroconidia(3-5μm 크기)가 이전에 표시된 것보다 더 근접하게, 즉 말단 폐포보다는 원위 세기관지 및 기관지-폐포 접합부에 축적되는 것을 관찰했습니다. 이 정보는 폐의 이러한 영역과 관련된 중요한 세포 유형과 흡입된 곰팡이 포자에 대한 초기 반응에 미치는 영향에 관한 생물학적 질문에 초점을 맞출 수 있습니다.
이 프로토콜에 설명된 모든 방법은 Rutgers Biomedical Health Sciences의 IACUC(Institutional Animal Care and Use Committee)의 승인을 받았습니다.
1. 세포 내 형광으로 포자 표시
2. 이소플루란 마취를 이용한 흡인 흡입을 통한 포자 마우스 접종
주의: 이소플루란은 휘발성 마취제이며 덕트가 있는 생물 안전 캐비닛 또는 흄 후드 내에서 사용해야 합니다.
그림 1: 포자 접종의 이소플루란 개방 드롭 방법을 위한 장치. 접힌 냅킨을 1L 나사 상단 항아리의 바닥에 놓은 다음 원형 플라스틱 메쉬를 삽입하여 마우스의 플랫폼 역할을합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 쥐의 안락사
4. PBS와 포르말린을 가진 폐의 관류
5. 관류된 폐를 공기 팽창시키기
6. 침수 기질 및 탈수
7. 냉동 절편
8. 슬라이드 준비 및 차단
9. 면역염색
10. 형광성 현미경 검사법을 통한 화상 진찰
11. QuPath를 통한 공간 분석
이 방법은 궁극적으로 생리학적 공기 팽창을 사용하여 기도가 방해받지 않도록 마우스 폐의 면역 형광 이미지를 생성합니다. 중요한 것은 그 과정에서 여러 체크포인트를 통해 프로토콜의 구성 요소가 성공적으로 수행되었는지 확인할 수 있다는 것입니다. 접종하는 동안 액체가 기도로 들어갔다는 것을 나타내는 마우스의 뒤쪽 흉벽에서 "딱딱거리는 소리"를 느껴 접종?...
우리는 포자 흡입 및 흡입된 포자의 공간적 침착 분석을 위한 파이프라인을 구축했습니다. 이 파이프라인은 Coccidioides posadasii cts2/ard1/cts3Δ arthroconidia의 흡입에 의해 영향을 받는 폐의 관련 기질 영역을 결정하는 데 유용한 정보를 제공합니다. 우리는 콕시디오이데스(Coccidioides), 포자 및 유사한 크기의 불활성 입자(데이터는 표시되지 않음)가 폐포 기도 내강 ...
저자는 공개할 내용이 없습니다.
자금 및 지원은 NIH 보조금 K22 AI153678-01 및 Rutgers School of Graduate Studies를 통해 획득되었습니다. 면역형광 이미지를 획득하는 데 기여한 Rutgers Biomedical Health Sciences Cellular Imaging and Histology Core의 Fawad Yousufzai와 Luke Fritzky에게 감사드립니다.
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 |
JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기
허가 살펴보기This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유