Las enfermedades respiratorias crónicas como el asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y la fibrosis quística son algunos de los principales problemas de salud en todo el mundo. La prevalencia de enfermedades respiratorias causadas por virus como el virus de la influenza A humana, el virus respiratorio sincitial (VRS) y el coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2) también causa una carga económica y de salud pública2. Por lo tanto, existe una inmensa necesidad de desarrollar regímenes de tratamiento para las enfermedades respiratorias que conducen a daños irreversibles en el tejido respiratorio. El propio tejido epitelial respiratorio no solo está involucrado en la absorción de oxígeno, sino que también proporciona una barrera para proteger al cuerpo de patógenos invasoresy productos químicos peligrosos. El epitelio respiratorio tiene una organización celular compleja compuesta por tres tipos principales de células: células ciliadas, células caliciformes y células basales. Recientemente, ha habido un informe sobre la presencia de células ionocíticas nuevas pero raras en el epitelio4 de las vías respiratorias. El tejido complejo funciona de forma coordinada para proporcionar respuestas inmunitarias innatas, como la secreción de péptidos antimicrobianos, la liberación de citocinas para activar una respuesta inmunitaria adaptativa y el aclaramiento mucociliar5. La falta de un modelo adecuado de vía aérea es uno de los obstáculos para el estudio de las infecciones respiratorias y el desarrollo de tratamientos.
El modelo de interfaz aire-líquido (ALI) se está convirtiendo en una herramienta clave para la investigación de enfermedades respiratorias6. Es un modelo eficaz de vía aérea pulmonar in vitro, ya que las células primarias de la vía aérea pulmonar se diferencian en un epitelio pseudoestratificado de la vía aérea compuesto por al menos tres tipos de células que generalmente residen en el lado apical de la vía aérea. En primer lugar, las células ciliadas cubren la mayor parte del lado apical de las vías respiratorias y contribuyen al aclaramiento mucociliar. En segundo lugar, las células caliciformes producen moco y son las células más grandes que co-residen con las células ciliares en el lado apical de las vías respiratorias. En tercer lugar, las células basales residen en la capa basal de la vía aérea y son las células progenitoras que se diferencian en diferentes células epiteliales 5,7. Aunque los ionocitos y las células del penacho son raros en el epitelio de las vías respiratorias, también pueden desempeñar un papel en la función ciliar y la permeabilidad de la membrana4. Esta técnica difiere del cultivo celular sumergido tradicional, que no imita el entorno pulmonar in vivo. Dado que la ALI se produce a partir de células epiteliales primarias derivadas de personas sanas, pacientes con asma y EPOC, ofrece una plataforma más diversa para estudiar las respuestas a la infección y la fisiopatología de la enfermedad.
La evaluación de la salud de los cultivos desarrollados por ALI es un aspecto esencial a monitorear, asegurando la viabilidad, funcionalidad y relevancia fisiológica de las células cultivadas. Mejora la confianza en la integridad, confiabilidad y reproducibilidad de las culturas ALI. Como se ha publicado previamente, nuestro grupo ha estado evaluando la integridad del cultivo ALI mediante la evaluación de dos parámetros biofísicos: la función ciliar mediante la cuantificación de la frecuencia de latido ciliar (CBF) y la integridad de la barrera epitelial mediante la determinación de la resistencia eléctrica transepitelial (TEER)6,7,8. El aclaramiento mucociliar (CCM) es una de las características importantes del epitelio de las vías respiratorias transportado por las células ciliadas. Los orgánulos especializados, llamados cilios, en la superficie de las células ciliadas, baten en ondas metacronales para limpiar las vías respiratorias de infecciones y partículas inhaladas atrapadas en la capa mucosa del epitelio de las vías respiratorias. La CCM efectiva depende totalmente de una actividad ciliar adecuada9. Un buen CBF es indicativo de un epitelio de las vías respiratorias sano e intacto; por lo tanto, el monitoreo del CBF para cultivos de ALI proporciona información valiosa sobre la integridad del epitelio10. Aunque existen múltiples formas de cuantificar el CBF, por ejemplo, la microscopía de vídeo de alta velocidad11 y la tomografía de coherencia óptica Doppler con resolución de fase12, cada método requiere conocimientos técnicos y equipos especializados. En este protocolo, proporcionamos una forma más fácil y menos técnica de cuantificar el CBF del epitelio diferenciado de la vía aérea. También describimos un método para cuantificar el TEER del mismo epitelio, que indica la integridad y la función barrera de los tejidos epiteliales13.