אינטראקציה תא הדמיה ב רירית והכו אותי במהלך זיהום בנגיף שפעת באמצעות מיקרוסקופ שני הפוטונים Intravital
Summary
במחקר זה, אנו מציגים פרוטוקול לבצע שני הפוטונים intravital הדמיה ותא ניתוח אינטראקציות בין רירית והכו אותי מאתר לאחר ההדבקה בנגיף שפעת. פרוטוקול זה יהיה רלוונטי עבור החוקרים ללמוד את הדינמיקה תא החיסון במהלך זיהומים בדרכי הנשימה.
Abstract
הניתוח של תאים תאים או תא-פתוגן אינטראקציה ויוו היא כלי חשוב כדי להבין את הדינמיקה של התגובה החיסונית לזיהום. מיקרוסקופ שני הפוטונים intravital (P 2-IVM) מאפשרת התבוננות תא אינטראקציות רקמות עמוק בבעלי החיים, תוך צמצום של photobleaching שנוצרו במהלך ייבוא תמונות. עד כה, תוארו מודלים שונים 2, P-IVM איברים הלימפה והלימפה. עם זאת, הדמיה של איברי הנשימה נשאר אתגר עקב התנועה הקשורים מחזור נשימה של החיה.
כאן, אנו מתארים את פרוטוקול להמחיש ויוו תא החיסון אינטראקציות לקנה של עכברים נגועים בנגיף שפעת באמצעות 2, P-IVM. למטרה זו, פיתחנו פלטפורמה הדמיה מותאם אישית, שכללה צנרור של חוליות הצוואר, ואחריו רכישת תמונות דינמיות של נויטרופילים, תאים דנדריטים (DC) של האפיתל הרירית והחשיפה כירורגי. בנוסף, אנחנו מפורט הצעדים הדרושים לביצוע שפעת תוך-אפי זיהום זרימת cytometric וניתוח של תאים חיסוניים לקנה. לבסוף, ניתחנו נויטרופילים, תנועתיות DC וכן האינטראקציות שלהם במהלך הסרט. פרוטוקול זה מאפשר לדור של תמונות 4D יציב ובהיר הצורך להערכה של תא-תא אינטראקציות לקנה.
Introduction
מיקרוסקופ שני הפוטונים intravital (P 2-IVM) היא טכניקה יעילה בזמן אמת הדמיה של אינטראקציות לתא כפי שהן מופיעות בתוך הסביבה הטבעית שלהם1. אחד היתרונות העיקריים של שיטה זו הוא שהיא מאפשרת חקר תהליכים תאיים בעומק הדגימה גדולה יותר (500 מיקרומטר עד 1 מ מ) לעומת מסורתיות אחרות הדמיה טכניקות2. במקביל, השימוש של שני פוטונים אנרגיה נמוכה שנוצר על ידי לייזר שני הפוטונים ממזער את צילום-הנזק לרקמות הקשורות בדרך כלל תהליך רכישת תמונה2. במהלך העשור האחרון, P 2-IVM הוחל ללמוד סוגים שונים של תאים תאים אינטראקציות מספר דיסציפלינות3,4,5. מחקרים אלו היו רלבנטיות במיוחד לחקור תאים חיסוניים, המאופיינים דינמיות גבוהה שלהם ואת היווצרות הקשר בולטת בעקבות את האותות שנוצר על ידי תאים אחרים ועל הסביבה. 2, P-IVM הוחל גם ללמוד את האינטראקציות בין פתוגניות וכן שורה6. ואכן, בעבר הוכח כי כמה פתוגנים ניתן לשנות את סוג ואת משך הקשר בין תאים חיסוניים, פוגעות, כתוצאה מכך, את התגובה החיסונית7.
רירית דרכי הנשימה הוא האתר הראשון שבו היא התגובה החיסונית נגד פתוגנים מוטס שנוצר8. לכן, אין ויוו ניתוח של פתוגן-פונדקאי אינטראקציות בתוך הרקמה הזו הוא קריטי להבין אתחול של מנגנוני ההגנה מארח במהלך זיהום. עם זאת, P 2-IVM של דרכי הנשימה הוא מאתגר בעיקר בשל הממצאים המיוצר על ידי מחזור נשימה של החיה, אשר פוגעת התהליך של ייבוא תמונות. לאחרונה, מודלים כירורגיים שונים תוארו עבור הדמיה מאתר את קנה הנשימה9,10,11,12 ו הריאות13,14,15, 16. P 2 בקנה הנשימה-IVM דגמים מייצגים של הגדרת מצוינת להמחיש את השלב הראשוני של התגובה החיסונית את דרכי הנשימה העליונות, ואילו הריאה-alveoli 2, P-IVM מודלים מתאימים יותר ללמוד לשלב מאוחר של זיהומים. הדגמים ריאות מפותחות להציג מגבלה הקשורים עם הנוכחות של alveoli מלא אוויר, אשר מגבילים את חדירת הלייזר אופטי, להפוך את שכבת הרירית של דרכי הנשימה intrapulmonary נגיש עבור ויוו הדמיה17 . לעומת זאת, המבנה של קנה הנשימה, שהוקמה על ידי האפיתל רציפה, מקלה על ייבוא תמונות.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול הכולל תיאור מפורט של כל השלבים הדרושים לביצוע שפעת זיהום, הכנה כירורגי של בעלי החיים, P 2-IVM של חוליות הצוואר. בנוסף, אנו מתארים את מלכודת ניסיוני ספציפי עבור הפריט החזותי של נויטרופילים, תאים דנדריטים (DC), שני סוגי תאים חיסוניים לשחק תפקיד חשוב בתור מגשרות של מנגנון ההגנה נגד שפעת וירוס18,19 . לבסוף, אנו מתארים הליך ניתוח אינטראקציות נויטרופילים-DC. אנשי קשר אלה הוכחו לווסת DC הפעלה, ובהמשך, להשפיע על תגובות מערכת החיסון נגד פתוגנים20.
Protocol
Representative Results
Discussion
עבודה זו מציגה פרוטוקול מפורט לדור של תמונות 4D מציג את ההעברה של נויטרופילים הועבר adoptively והאינטראקציה שלהם עם DC במהלך זיהום שפעת לקנה העכבר. המודל שתואר 2, P-IVM יהיו רלוונטיים בחקר דינמיקה תא החיסון במהלך זיהום דרכי הנשימה.
לאחרונה, מספר מודלים בהתבסס על הפריט החזותי של דינמי?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי המענקים הקרן הלאומית השוויצרית (SNF) (176124, 145038 ו 148183), אירופה הנציבות מארי קירי אפשרות המענק (612742), את SystemsX.ch עבור מענק D.U.P. (2013/124).
Materials
| Gigasept instru AF | Schülke & Mayr GmbH | 4% solution | |
| CD11c-YFP mice | Jackson Laboratories | 008829 | mice were bred in-house |
| CK6-ECFP mice | Jackson Laboratories | 004218 | mice were bred in-house |
| 1 X Dulbecco's Phosphate Buffered Saline modified without Calcium Choride and Magnesium Chloride | Sigma | D8537-500ML | |
| 10 X Dulbecco's Phosphate Buffered Saline modified without Calcium Choride and Magnesium Chloride | Sigma | D1408-500ML | |
| Percoll PLUS | Sigma | E0414-1L | Store at 4°C |
| Ketamin Labatec | Labatec Pharma | 7680632310024 | Store at RT, store at 4°C when in solution of ket/xyl mixture |
| Rompun 2% (Xylazin) | Bayer | 6293841.00.00 | Store at RT, store at 4°C when in solution of ket/xyl mixture |
| 26 G 1 mL Sub-Q BD Plastipak | BD Plastipak | 305501 | |
| 30 G 0,3 mL BD Micro-Fine Insulin Syringes | BD | 324826 | |
| Falcon 40 µm Cell Strainer | Corning | 352340 | |
| 2 mL Syringes | BD Plastipak | 300185 | |
| Microlance 3 18 G needles | BD | 304622 | |
| Introcan Safety 20G (catheter) | Braun | 4251652.01 | |
| 6 Well Cell Culture Cluster | Costar | 3516 | |
| RPMI medium 1640 + HEPES (1X) | ThermoFisher Scientific | 42401-018 | Store at 4°C |
| Liberase TL Research Grade | Roche | 5401020001 | Store at -20°C / collagenase (I and II) mixture |
| DNAse I | Amresco (VWR) | 0649-50KU | Store at -20°C |
| CellTrace Violet stain | ThermoFisher Scientific | C34557 | Store at -20°C |
| EDTA | Sigma | EDS-500G | |
| Fetal Bovine Serum | Gibco | 10270-106 | Store at -20°C |
| PE-10 Micro Medical Tubing | 2Biological Instruments SNC | #BB31695-PE/1 | |
| Surgical Plastic Tape | M Plast | ||
| Viscotears | Bausch & Lomb | Store at RT | |
| Plasticine | Ohropax | ||
| High Tolerance Glass Coverslip 15mm Round | Warner Instruments | 64-0733 | |
| SomnoSuite Portable Animal Anesthesia System | Kent Scientific | SS-01 | |
| Nuvo Lite mark 5 | GCE medline | 14111211 | |
| MiniTag (gaseous anesthesia and heating bench) | Tem Sega | ||
| SURGICAL BOARD | University of Bern | ||
| TrimScope II Two-photon microscope | LaVision Biotec | ||
| Chameleon Vision Ti:Sa lasers | Coherent Inc. | ||
| 25X NA 1.05 water immersion objective | Olympus | XLPLN25XWMP2 | |
| The Cube&The Box incubation chamber and temperature controller | Life imaging Services | ||
| Imaris 9.1.0 | Bitplane | Imaging software | |
| GraphPad Prism 7 | GraphPad | Statistical software |
References
- Helmchen, F., Denk, W. Deep tissue two-photon microscopy. Nature Methods. 2 (12), 932-940 (2005).
- Zipfel, W. R., Williams, R. M., Webb, W. W. Nonlinear magic: multiphoton microscopy in the biosciences. Nature biotechnology. 21 (11), 1369-1377 (2003).
- Fein, M. R., Egeblad, M. Caught in the act: revealing the metastatic process by live imaging. Disease Models & Mechanisms. 6 (3), 580-593 (2013).
- Dombeck, D. A., Harvey, C. D., Tian, L., Looger, L. L., Tank, D. W. Functional imaging of hippocampal place cells at cellular resolution during virtual navigation. Nature Neuroscience. 13 (11), 1433-1440 (2010).
- Cahalan, M. D., Parker, I. Choreography of cell motility and interaction dynamics imaged by two-photon microscopy in lymphoid organs. Annual review of immunology. 26, 585-626 (2008).
- Germain, R. N., Robey, E. A., Cahalan, M. D. A Decade of Imaging Cellular Motility and Interaction Dynamics in the Immune System. Science. 336 (6089), 1676-1681 (2012).
- Coombes, J. L., Robey, E. A. Dynamic imaging of host-pathogen interactions in vivo. Nature Reviews Immunology. 10 (5), 353-364 (2010).
- Pulendran, B., Maddur, M. S. Innate Immune Sensing and Response to Influenza. Life Science Journal. 6 (4), 23-71 (2014).
- Lim, K., et al. Neutrophil trails guide influenza- specific CD8 + T cells in the airways. Science. 349 (6252), (2015).
- Kim, J. K., et al. In vivo imaging of tracheal epithelial cells in mice during airway regeneration. American journal of respiratory cell and molecular biology. 47 (6), 864-868 (2012).
- Kretschmer, S., et al. Autofluorescence multiphoton microscopy for visualization of tissue morphology and cellular dynamics in murine and human airways. Laboratory investigation; a journal of technical methods and pathology. 96 (8), 918-931 (2016).
- Veres, T. Z., et al. Intubation-free in vivo imaging of the tracheal mucosa using two-photon microscopy. Scientific Reports. 7 (1), 694 (2017).
- Looney, M. R., et al. Stabilized imaging of immune surveillance in the mouse lung. Nature. 8 (1), 91-96 (2011).
- Thornton, E. E., Krummel, M. F., Looney, M. R. Live Imaging of the Lung. Current Protocols in Cytometry. 60 (1), (2012).
- Tabuchi, A., Mertens, M., Kuppe, H., Pries, A. R., Kuebler, W. M. Intravital microscopy of the murine pulmonary microcirculation. Journal of Applied Physiology. 104 (2), 338-346 (2008).
- Fiole, D., et al. Two-photon intravital imaging of lungs during anthrax infection reveals long-lasting macrophage-dendritic cell contacts. Infection and immunity. 82 (2), 864-872 (2014).
- Secklehner, J., Lo Celso, C., Carlin, L. M. Intravital microscopy in historic and contemporary immunology. Immunology and Cell Biology. 95 (6), 506-513 (2017).
- Lambrecht, B. N., Hammad, H. Lung Dendritic Cells in Respiratory Viral Infection and Asthma: From Protection to Immunopathology. Annual Review of Immunology. 30 (1), 243-270 (2012).
- Camp, J. V., Jonsson, C. B. A role for neutrophils in viral respiratory disease. Frontiers in Immunology. 8, (2017).
- van Gisbergen, K. P. J. M., Sanchez-Hernandez, M., Geijtenbeek, T. B. H., van Kooyk, Y. Neutrophils mediate immune modulation of dendritic cells through glycosylation-dependent interactions between Mac-1 and DC-SIGN. The Journal of experimental medicine. 201 (8), 1281-1292 (2005).
- Gonzalez, S. F., et al. Capture of influenza by medullary dendritic cells via SIGN-R1 is essential for humoral immunity in draining lymph nodes. Nature Immunology. 11 (5), 427-434 (2010).
- Lindquist, R. L., et al. Visualizing dendritic cell networks in vivo. Nature immunology. 5 (12), 1243-1250 (2004).
- Li, H., et al. Human Vγ9Vδ2-T cells efficiently kill influenza virus-infected lung alveolar epithelial cells. Cellular and Molecular Immunology. 10 (2), 159-164 (2013).
- Tran Cao, H. S., et al. Development of the transgenic cyan fluorescent protein (CFP)-expressing nude mouse for "technicolor" cancer imaging. Journal of Cellular Biochemistry. 107 (2), 328-334 (2009).
- Jaber, S. M., et al. Dose regimens, variability, and complications associated with using repeat-bolus dosing to extend a surgical plane of anesthesia in laboratory mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science JAALAS. 53 (6), 684-691 (2014).
- Pizzagalli, D. U., et al. Leukocyte Tracking Database, a collection of immune cell tracks from intravital 2-photon microscopy videos. Scientific Data. , (2018).
- Sommer, C., Straehle, C., Kothe, U., Hamprecht, F. A. Ilastik: Interactive learning and segmentation toolkit. 2011 IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro. , 230-233 (2011).
- Beltman, J. B., Marée, A. F. M., De Boer, R. J. Analysing immune cell migration. Nature Reviews Immunology. 9 (11), 789-798 (2009).
- Keller, H. U. Motility, cell shape, and locomotion of neutrophil granulocytes. Cell motility. 3 (1), 47-60 (1983).
- Sumen, C., Mempel, T. R., Mazo, I. B., von Andrian, U. H. Intravital Microscopy. Immunity. 21 (3), 315-329 (2004).
- Lambert Emo, K., et al. Live Imaging of Influenza Infection of the Trachea Reveals Dynamic Regulation of CD8+ T Cell Motility by Antigen. PLOS Pathogens. 12 (9), e1005881 (2016).
- Kjos, M., et al. Bright fluorescent Streptococcus pneumoniae for live-cell imaging of host-pathogen interactions. Journal of bacteriology. 197 (5), 807-818 (2015).
