MARC

 008250224s2024        us  ||||||||||||||c||eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30997647
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a616.079
■1001  ▼aMorales,  Laura  C.
■24510▼aNeutrophil  Heterogeneity  and  Transmigration:  Decoding  Molecular  Profiles  Through  Multi-Omic  Analysis  and  In  Vitro  Mimicry  of  the  Venular  Wall.
■260    ▼a[S.l.]▼bYale  University.  ▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a192  p.
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Gonzalez,  Anjelica  L.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Yale  University,  2024.
■520    ▼aNeutrophils  are  crucial  innate  immune  cells  that  comprise  about  50-70%  of  the  white  blood  cell  population  in  the  human  peripheral  circulation.  These  polymorphonuclear  leukocytes  play  a  pivotal  role  in  the  innate  immune  system,  acting  as  the  primary  line  of  defense  against  pathogens  and  facilitating  tissue  repair.  Neutrophils  exhibit  a  diverse  repertoire  of  cytotoxic  mechanisms  to  eliminate  offending  pathogenic  agents  and  promote  the  resolution  of  inflammation.  These  include  phagocytosis,  degranulation,  generating  reactive  oxygen  species,  and  forming  neutrophil  extracellular  traps,  underscoring  their  versatility  in  host  defense.  A  critical  aspect  of  neutrophil  functionality  is  their  capacity  to  infiltrate  sites  of  injury  or  infection,  facilitated  by  transmigration  across  the  venular  wall.  While  the  interactions  between  neutrophils  and  the  vascular  endothelium  (EC)  have  been  studied  in  detail,  the  roles  of  pericytes  (PCs)  and  the  basement  membrane  (BM)  in  regulating  neutrophil  trafficking,  phenotype,  and  function  remain  insufficiently  explored.  Despite  their  pivotal  role  in  the  immune  response,  aberrant  neutrophil  behavior  and  recruitment  significantly  contribute  to  the  initiation  and  progression  of  various  inflammatory  conditions.  These  include,  but  are  not  limited  to,  cancer,  autoimmune  disorders,  diabetes  mellitus,  atherosclerosis,  and  sepsis.  Consequently,  elucidating  the  complex  regulatory  mechanisms  governing  the  process  of  neutrophil  trafficking  and  activity  in  the  extravascular  space  emerges  as  a  question  of  profound  biological  and  clinical  importance.Expanding  upon  the  complex  roles  of  neutrophils  in  host  defense  and  inflammatory  disorders,  the  notion  of  neutrophil  heterogeneity  introduces  an  additional  dimension  of  complexity  to  their  roles  in  homeostasis  and  disease.  Traditionally  regarded  as  terminally-differentiated  homogeneous  effector  cells  with  discrete  functions,  accumulating  evidence  challenges  this  notion,  revealing  high  complexity  and  diversity  within  the  neutrophil  population.  Despite  ongoing  research,  a  consensus  on  the  molecular  signatures  that  definitively  and  reproducibly  distinguish  distinct  neutrophil  subsets  in  human  peripheral  circulation  has  yet  to  be  established.  The  debate  extends  to  whether  these  subsets  represent  true,  distinct  lineages  or  reflect  varying  states  of  maturation  or  differentiation.  The  classification  of  neutrophil  subsets  has  historically  depended  on  characteristics  such  as  morphology,  localization,  surface  marker  expression,  and  density.  These  criteria,  however,  have  proven  insufficient  for  a  comprehensive  delineation  of  the  neutrophil  compartment,  leading  to  the  identification  of  overlapping  subpopulations.  This  has  further  complicated  the  nomenclature  and  fueled  controversies  surrounding  associated  effector  functions  and  ontogeny.  Moreover,  the  bulk  of  the  research  has  mainly  concentrated  on  neutrophils  in  pathological  contexts,  with  a  relatively  limited  focus  on  their  regulation  and  function  in  non-inflammatory  baseline  conditions,  underscoring  the  need  to  properly  characterize  these  leukocytes  to  understand  their  activity  in  physiological  and  pathological  states.Therefore,  the  work  presented  here  seeks  to  provide  a  comprehensive  characterization  of  the  transcriptional  and  proteomic  diversity  of  human  neutrophils  within  healthy  peripheral  circulation.  To  achieve  this,  we  employed  a  combination  of  single-cell  RNA  sequencing  (scRNA-seq)  and  advanced  multiplex  flow  cytometry  analyses  to  examine  the  transcriptional  and  proteomic  landscapes  of  human  neutrophils  in  healthy  peripheral  blood,  alongside  assessing  their  migratory  capabilities  and  phenotypic  alterations  post-transmigration.  Our  findings  identify  three  transcriptionally  and  proteomically  distinct  neutrophil  subsets,  each  characterized  by  diverse  effector  functions  and  migratory  patterns,  uniquely  altered  upon  crossing  the  vascular  wall.  As  we  come  to  identify  inherent  differences  in  neutrophil  profiles  that  contribute  to  vascular  transmigration,  characteristics  of  the  venular  wall  itself  can  lead  to  uncontrolled  leukocyte  extravasation,  further  exacerbating  the  inflammatory  response.  Identifying  cellular  and  molecular  determinants  that  contribute  to  neutrophil  recruitment  is  challenging  to  accomplish  in  vivo  and  requires  the  development  and  application  of  experimental  in  vitro  models.  Such  models  are  essential  for  validating  hypotheses  and  comprehensively  understanding  the  fundamental  mechanisms  and  variations  involved  in  neutrophil  extravasation.  These  should  not  only  mimic  physiologically  relevant  conditions  but  also  enable  the  real-time  observation  of  rapid  intercellular  dynamics,  thereby  facilitating  a  detailed  understanding  of  the  events  involved  in  neutrophil  trafficking.Accordingly,  this  work  introduces  a  novel  approach  toward  addressing  the  existing  limitations  of  current  in  vitro  models  of  neutrophil  recruitment.  We  report  the  development  of  a  highly  tunable  submicron-level  mesh  scaffold  that  resembles  the  biochemical  and  biophysical  properties  of  the  vascular  basement  membrane  (vBM).  This  bioengineered  model  was  fabricated  using  electrospinning  to  create  polyethylene  glycol  (PEG)  fibrillar  networks  with  adjustable  parameters  such  as  nanofiber  diameter,  density,  and  alignment.  Recognizing  the  critical  need  for  further  exploration  of  the  biophysical  properties  of  the  vBM,  we  employed  the  use  of  second  harmonic  imaging  and  atomic  force  microscopy  to  characterize  the  human  microvascular  BM's  morphology  and  mechanical  properties,  which  served  as  a  guide  for  the  design  constraints  of  our  in  vitro  system.  Rendering  the  scaffold  bioactive  via  the  conjugation  of  adhesive  moieties  at  the  surface  of  the  PEG  fibers  enabled  the  culture  of  microvascular  EC  and  PC  to  create  a  composite  construct  of  the  microvascular  wall.  Moreover,  we  integrated  our  vBM  mimetic  with  an  in-house,  customized  imaging  chamber  to  evaluate  the  interactions  between  migrating  leukocytes  and  the  vascular  wall  components  using  4D  microscopy.  This  allowed  us  to  observe  real-time  interactions  between  neutrophils  and  each  component  of  the  microvascular  wall,  advancing  our  understanding  of  neutrophil  extravasation.  Overall,  the  research  delineated  herein  addresses  a  critical  gap  in  the  current  understanding  of  neutrophil  phenotypes  and  their  functional  roles  during  vascular  transmigration.  It  enriches  our  knowledge  of  neutrophils  in  healthy  peripheral  circulation,  providing  a  more  detailed  perspective  of  their  contribution  to  homeostasis  and  immune  function.  The  introduction  of  a  versatile  and  highly  tunable  vBM-mimetic  system  offers  significant  potential  for  further  insights  into  cellular  dynamics  and  interactions  within  the  microvascular  compartment  in  real  time.  By  integrating  this  system  with  transcriptomic  and  proteomic  analyses,  this  tool  can  uncover  the  biological  functions  and  behaviors  unique  to  transmigrating  neutrophils,  thereby  elucidating  their  implications  in  both  health  and  disease.
■590    ▼aSchool  code:  0265.
■650  4▼aImmunology.
■650  4▼aBiomedical  engineering.
■650  4▼aBiology.
■653    ▼aBasement  Membrane
■653    ▼aHeterogeneity
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■653    ▼aTransmigration
■690    ▼a0982
■690    ▼a0541
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■71020▼aYale  University▼bBiomedical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-01B.
■790    ▼a0265
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17160538▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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