מחלות נשימה כרוניות כגון אסטמה, מחלת ריאות חסימתית כרונית (COPD) וסיסטיק פיברוזיס הן חלק מהדאגות הבריאותיות העיקריות ברחבי העולם1. השכיחות של מחלות נשימה הנגרמות על ידי וירוסים כגון וירוס שפעת A אנושי, וירוס סינסיטיאלי נשימתי (RSV) ותסמונת נשימה חריפה חמורה קורונה 2 (SARS-CoV-2) גורמים גם הם לנטל כלכלי ובריאות הציבור2. לכן, קיים צורך עצום לפתח משטרי טיפול במחלות נשימתיות המובילות לנזק בלתי הפיך לרקמות הנשימה. רקמת האפיתל הנשימתית עצמה לא רק מעורבת בספיגת חמצן אלא גם מספקת מחסום להגנה על הגוף מפני פלישה לפתוגנים וכימיקלים מסוכנים3. לאפיתל הנשימתי יש ארגון תאי מורכב המורכב משלושה סוגי תאים עיקריים: תאים ריסונים, תאי גביע ותאי בסיס. לאחרונה, דווח על נוכחות של תאים יונוציטים חדשים אך נדירים באפיתל דרכי הנשימה4. הרקמה המורכבת מתפקדת באופן מתואם כדי לספק תגובות חיסוניות מולדות כגון הפרשת פפטידים אנטי-מיקרוביאליים, שחרור ציטוקינים להפעלת תגובה חיסונית נרכשת וסילוק ליחה5. היעדר מודל מתאים של דרכי נשימה הוא אחד החסמים לחקר זיהומים בדרכי הנשימה ופיתוח טיפולים.
מודל ממשק אוויר-נוזל (ALI) הופך לכלי מפתח למחקר על מחלות נשימה6. זהו מודל יעיל של דרכי נשימה ריאה במבחנה מכיוון שתאי דרכי הנשימה העיקריים של הריאה מתמיינים לאפיתל של דרכי הנשימה הפסאודוסטרטיות המורכב מלפחות שלושה סוגים של תאים השוכנים בדרך כלל בצד האפי של דרכי הנשימה. ראשית, תאים ריסניים מכסים את רוב הצד האפי של דרכי הנשימה ותורמים לסילוק ליח. שנית, תאי גביע מייצרים ריר והם התאים הגדולים ביותר השוכנים יחד עם תאים ריסניים בצד האפי של דרכי הנשימה. שלישית, תאי הבסיס שוכנים בשכבת הבסיס של דרכי הנשימה והם תאי האב המתמיינים לתאי אפיתל שונים 5,7. למרות שיונוציטים ותאי ציץ נדירים באפיתל דרכי הנשימה, הם עשויים גם למלא תפקיד בתפקוד הריסים ובחדירות הממברנה4. טכניקה זו שונה מתרבית התאים השקועה המסורתית, שאינה מחקה את סביבת הריאות in vivo. מכיוון ש- ALI מיוצר מתאי אפיתל ראשוניים שמקורם באנשים בריאים, חולי אסתמה ו- COPD, הוא מציע פלטפורמה מגוונת יותר לחקר תגובות לזיהום ופתופיזיולוגיה של מחלות.
הערכת הבריאות של התרביות שפותחו על ידי ALI היא היבט חיוני לניטור, המבטיח את יכולת הקיום, הפונקציונליות והרלוונטיות הפיזיולוגית של התאים בתרבית. זה משפר את הביטחון ביושרה, אמינות ויכולת השחזור של תרבויות ALI. כפי שפורסם בעבר, הקבוצה שלנו העריכה את שלמות תרבית ALI על ידי הערכת שני פרמטרים ביופיזיקליים: תפקוד ריסוני על ידי כימות תדירות פעימות ריסניות (CBF) ושלמות מחסום אפיתל על ידי קביעת התנגדות חשמלית טרנסאפיתל (TEER) 6,7,8. פינוי ליחה (MCC) הוא אחד המאפיינים החשובים של אפיתל דרכי הנשימה הנישא על ידי תאים ריסניים. אברונים מיוחדים הנקראים ריסונים על פני השטח של תאים ריסונים פועמים בגלים מטכרוניים כדי לנקות את דרכי הנשימה מזיהומים וחלקיקים נשאפים שנתקעו בשכבה הרירית של אפיתל דרכי הנשימה. MCC יעיל תלוי לחלוטין בפעילות ריסנית תקינה9. CBF טוב מעיד על אפיתל בריא ושלם של דרכי הנשימה; לפיכך, ניטור של CBF עבור תרביות ALI מספק תובנה חשובה לגבי שלמות האפיתל10. למרות שישנן דרכים רבות לכמת CBF, לדוגמה, מיקרוסקופ וידאו במהירות גבוהה11 וטומוגרפיית קוהרנטיות אופטית דופלר12, כל שיטה זקוקה למומחיות טכנית וציוד מיוחד. בפרוטוקול זה, אנו מספקים דרך קלה יותר ופחות טכנית לכמת CBF של אפיתל דרכי הנשימה המובחן. תיארנו גם שיטה לכימות TEER של אותו אפיתל, המציינת את שלמות רקמות האפיתל ואת תפקוד המחסום13.