Establishing a Co-Culture Model to Study Host-Pathogen Interactions at the Air-Liquid Interface
JoVE Encyclopedia of Experiments
מיקרוביולוגיה
0 צפיות • 1:50 דק' • July 1st, 2026
Begin with a multi-well plate containing a transwell membrane insert.
The insert contains a confluent bronchial epithelial cell layer on the upper side of the membrane.
The insert's lower side holds macrophage-like cells in medium, mimicking the human airway epithelial barrier.
Add pathogenic bacteria suspended in a buffer over the epithelial layer.
Incubate to allow bacterial attachment to the epithelial cells and their colonization.
Then, remove the buffer from the insert while retaining the medium in the well to create an air-liquid interface.
The bacteria secrete virulence factors that interact with epithelial tight junctions and disrupt them.
This increases permeability across the epithelial layer and triggers the release of pro-inflammatory cytokines from the epithelial cells.
These cytokines facilitate the movement of macrophage-like cells toward the epithelial layer, where they recognize and engulf the bacteria.
This establishes an epithelial-macrophage co-culture model at the air-liquid interface, representing pathogen exposure in the respiratory tract.
Add 100 microliters of bacterial suspension to the apical side of the permeable support and incubate the plate at 37 degrees Celsius and 5% carbon dioxide for one hour to allow bacteria to attach to the cells. Then, carefully remove apical liquid with a pipette to restore ALI conditions.
סקירה כללית
מאמר זה מציג מודל תרבית משותפת בתלת-ממד של תאי אפיתל ברונכיאליים ותאים דמויי מקרופאגים בממשק אוויר-נוזל (ALI) למחקר של אינטראקציות בין מארח לפתוגן, תוך התמקדות ספציפית בזיהום ב-Pseudomonas aeruginosa. המודל מחקה את מחסום האפיתל של דרכי הנשימה האנושי ומאפשר הערכה פרה-קלינית של אסטרטגיות למלחמה בזיהומים על ידי תצפית על שלמות האפיתל, הפעלת תאי מערכת החיסון ומנגנוני סילוק הפתוגן.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- ביולוגיה של התא
- אימונולוגיה
- מיקרוביולוגיה
- מחקר מערכת הנשימה
רקע
- אפיטל דרכי הנשימה משמש כמחסום ראשוני נגד פתוגנים נשימתיים.
- מקרופאגים ממלאים תפקיד מכריע בהגנה החיסונית המולדת בתוך הריאה.
- מדגמי מונו-קלטור מסורתיים חסרים את המורכבות של אינטראקציות בין תאים הקיימות in vivo.
- מערכות קו-קלטור בתלת-ממד בתנאי ALI משחזרות טוב יותר תנאים פיזיולוגיים למחקרי זיהום.
מטרת המחקר
- להקמת מודל in vitro רלוונטי פיזיולוגית לחקר זיהום ב-P. aeruginosa.
- לבחינת הגומלין בין תאי אפיתל ברונכיאליים לתאים דמויי מקרופאגים במהלך זיהום.
- להערכת שלמות מחסום האפיתל ותגובות חיסוניות בעקבות חשיפה לחיידקים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- גידול של תאי אפיתל ברונכיאליים עד להשגת התמסגות (confluence) על גבי מעמדי ממברנת Transwell.
- זריעה של תאים דמויי מקפגים בצד התחתון של הממברנה כדי לדמות את מחסום דרכי הנשימה.
- הוספה של P. aeruginosa לצד האפיקלי (העליון) של השכבה האפיתליאלית.
- דגירה כדי לאפשר היצמדות ובקיעת חיידקים.
- יצירת ממשק אוויר-נוזל על ידי הסרת הנוזל האפיקלי תוך שמירה על המצע בצד התחתון.
- תצפית על פגיעה באפיתל, שחרור ציטוקינים, ונדידה ובליעה (פגוציטוזה) של מקפגים.
תוצאות עיקריות
- זיהום חיידקי משבש את הצומתים המהודקים (tight junctions) של התאי האפיתליים, ובכך מגביר את חדירותם.
- תאי אפיתל נגועים משחררים ציטוקינים פרו-דלקתיים.
- הציטוקינים מעודדים נדידה של תאים דמויי מקרופאג לעבר השכבה האפיתלית.
- תאים דמויי מקרופאג מזהים ובלעים את החיידקים, ובכך מדמים את פינוי הפתוגן.
מסקנות
- מודל השיתוף-תרבית התלת-ממדי בממשק אוויר-נוזל (ALI) מדמה ביעילות את הדינמיקה של זיהומים בדרכי הנשימה.
- הוא מאפשר מחקר מפורט של תפקודי מחסום האפיתל ותגובות של תאי מערכת החיסון.
- מערכת זו בעלת ערך להערכה פרה-קלינית של טיפולים אנטי-זיהומיים המכוונים לזיהומים בדרכי הנשימה.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
הקמת מודל תרבית משולבת (co-culture) בתלת-ממד בממשק אוויר-נוזל מאפשרת הערכה חזויה של אינטראקציות בין מאורח לפתוגן בהקשר נשיש רלוונטי פיזיולוגית. מערכת זו תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטית עבור גילוי תרופות אנטי-אינפקציוניות באמצעות מידול של פגיעה במחסום האפיתלי ותגובות של תאי חיסון. גישה זו מגבירה את הביטחון התרגומי להערכת מועמדים פרה-קליניים לאנטי-אינפקטיביים ולמיון תיקי מוצרים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של מנגנוני אינטראקציה בין מארח לפתוגן במערכת מבוקרת הרלוונטית למחלה.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים באמצעות מידול של שלמות מחסום אפיתליאלי ואקטיבציה חיסונית.
- מסייע בתיקוף פונקציונלי של מטרות עבור אסטרטגיות אנטי-אינפקטיביות המכוונות לזיהומים בדרכי הנשימה.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מספק פלטפורמת שיתוף-תרבית (co-culture) מותקת עבור הערכה כמותית של פגיעה אפיתליאלית ונדירה של תאי מערכת החיסון.
- מאפשר מדידה הדירה של שחרור ציטוקינים ופינוי נשאי מחלה כנקודות קצה של הבדיקה.
- תומך במוכנות לסריקה להערכת יעילותם של תרכובות אנטי-אינפקטיביות בהקשר ביולוגי מורכב.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתואם עם מודלים נשימתיים רלוונטיים למחלה לצורך פיתוח ביומרקרים תרגומיים.
- מבטיח רציפות משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני על ידי מידול תגובות דרכי הנשימה האנושיות.
- מפחית את הסיכון התרגומי באמצעות אספקת נתונים ניבויים על דינמיקה של תאי אפיתל ותאי חיסון.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
מודל השיתוף-תרביתי (co-culture) זה משתלב ברצף שבין הגילוי לשלב הפרה-קליני במחקר ופיתוח של תרופות נוגדות זיהומים, ובכך הוא מגשר בין מחקרים מכניסטיים מוקדמים לבין הערכת מועמדים בשלב הפרה-קליני.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת השערות לגבי תפקוד מחסום אפיתליאלי ותגובה חיסונית לזיהום.
- סריקה: מספק תוצאות כמותיות וניתנות לשחזור להערכת יעילות של תרכובות.
- אנליטיקה: מאפשר מדידה של שלמות ממברנה, רמות ציטוקינים ופעילות פגוציטית.
- מחקר תרגומי: מספק פלטפורמה להתאמת סמנים ביולוגיים ותיקוף רלוונטי למחלה.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע מערכת סטנדרטית הניתנת לשימוש חוזר להערכה של חומרים אנטי-זיהומיים בין תוכניות שונות.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בתיקוף המטרה ובבניית הבנה מכניסטית של הזיהום.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של זרימות עבודה של תרבית משולבת (co-culture) לצורך הדירות ויכולת הרחבה בין פרויקטים.
- ערך אסטרטגי: מספק בסיס לקבלת החלטות של המשך או עצירה (go/no-go) ומפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים עבור פורטפוליו של תרופות אנטי-זיהומיות.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של מועמדים מותאם לסיכון, בהתבסס על נתונים פונקציונליים הרלוונטיים למחלה.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטכניקות גידול של תאי אפיתל של דרכי הנשימה ותאי מערכת החיסון.
- נדרש גישה למערכות transwell ולכלים אנליטיים למדידת שלמות המחסום ורמות ציטוקינים.
- נדרש סטנדרטיזציה בין צוותים להקמה של co-culture הניתנת לשחזור ולניתוח תוצאות.
- ייתכן הצורך בהתאמה עבור שילובי פתוגנים או סוגי תאים שונים.
- מורכבות המודל עלולה להגביל את התפוקה בהשוואה לבדיקות monoculture פשוטות יותר.
שאלות נפוצות בנושאי ביו-פארמה
לומד קהילות חיידקים
סרטונים קשורים
0 צפיות
שיטה תרבות משותפת לחקור Crosstalk בין רנטגן מוקרן קאקו-2 תאים, PBMC
סרטונים קשורים
0 צפיות
Monolayers Colonoid האדם ללמוד אינטראקציות בין גורמי מחלה, Commensals אפיתל המעי מארח
סרטונים קשורים
0 צפיות
Microfluidic משותף התרבות של תאים וחיידקים אפיתל לחקירת מסיסים אותות בתיווך אינטראקציות
סרטונים קשורים
0 צפיות
Co-מודלים של תרבות Pseudomonas aeruginosa Biofilms גדל על תאים חיים Airway האדם
סרטונים קשורים
0 צפיות
שימוש במודל EpiAirway לאפיון לטווח ארוך מארח הפתוגן אינטראקציות
סרטונים קשורים
0 צפיות
הקמת תרבות הנוזלית מכוסית של Airway האנושי המקוטב-3 Calu תאי אפיתל ללמוד תגובת תא מארחת לפתוגנים נשימה
סרטונים קשורים
0 צפיות
Culturing של אדם תאי אפיתל באף בממשק האוויר הנוזלי
סרטונים קשורים
0 צפיות
פ. ארוגינוזה נגוע 3D שיתוף תרבות של תאים אפיתל הסיפונות מקרופאגים בממשק אוויר נוזלי להערכה פרה-סרטנית של אנטי זיהומים
סרטונים קשורים
0 צפיות
מודלים של תרבית משותפת מיקרופלואידית לניתוח התגובה החיסונית במיקרו-סביבות גידוליות במבחנה
סרטונים קשורים
0 צפיות
עודכן לאחרונה: 29 אוגוסט 2026