$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Cystic Fibrosis (CF) is een fatale, autosomaal recessieve ziekte die meer dan 70.000 mensen wereldwijd1. Deze leven-verkorting genetische ziekte wordt veroorzaakt door mutaties in de Cystic Fibrosis Transmembrane huidgeleiding Regulator eiwit (CFTR)2. CFTR is een lid van de familie van adenosinetrifosfaat-binding cassette, en functies als ionkanaal waardoor verkeer van chloride en bicarbonaat in de apicale membraan van meerdere gepolariseerde epitheel, met inbegrip van het maag-darmkanaal, zweetklier, en respiratoire tree, o.a.3,4. Als zodanig, leidt disfunctionele CFTR naar Multisysteem epitheliale dysfunctie, met de meeste sterfte als gevolg van de respiratoire ziekte1. In de CF Long, verlies van CFTR-gedreven airway oppervlakte vloeibare (ASL) verordening en slijm release leidt tot verdikt slijm, obstructie, chronische infectie, en progressieve airway remodeling alsmede van1,5van de functie van de longen.
Ondanks de identificatie van CFTR dysfunctie als de oorzaak van de ziekte, therapieën in CF oudsher gericht op mitigatie van symptomen (bijv, alvleesklier enzym substitutietherapie, luchtweg klaring therapieën)1. Deze aanpak werd onlangs een revolutie door de komst van nieuwe therapeutics, genoemd "CFTR modulatoren," die rechtstreeks gericht zijn op disfunctionele CFTR. Deze aanpak is de klinische landschap verschoven van symptoom beheer naar ziekte-aanpassen verzorgen maar draagt verschillende beperkingen6,7,8,9,10. Modulator activiteit is specifiek voor het eiwit defect begeleidende elke CFTR-mutatie en beperkt tot het selecteren van genetische populaties11. Deze beperking wordt gedreven door het heterogene karakter van eiwit gebreken, maar ook door de onuitvoerbaarheid van klinische proeven in zeldzame mutatie groepen. Daarnaast, onder onderwerpen met goed bestudeerde genotypen (b.v., F508del/F508del CFTR, de meest voorkomende CFTR-mutatie), is er grote variabiliteit in ziekte lasten en modulator reactie6,,7,8 ,9,11.
Om te overwinnen beide zaken, hebben onderzoekers voorgesteld het gebruik van de gepersonaliseerde modellen voor preklinische testen12. Dit concept maakt gebruik van patiënt-specifieke weefsel voor het genereren van een geïndividualiseerde ex vivo modelsysteem voor het testen van de samengestelde, het voorspellen van in vivo onderwerp reactie op therapieën op een persoonlijke manier. Eenmaal gevalideerd, kan een dergelijk model worden gebruikt door clinici naar station precisie therapie ongeacht het onderliggende CFTR genotype van de patiënt.
Menselijke bronchiale epitheliale (HBE) cellen explant weefsel verkregen op het tijdstip van Long transplantatie opgericht de mogelijkheid van een dergelijk model voor CF13,14. HBEs geteeld op een lucht-vloeistof-interface (ALI) is voorzien van functionele CFTR kwantificering rechtstreeks via het electrophysiologic testen, of indirect via maatregelen van ASL homeostase13,15. Dit model is cruciaal geweest voor het begrip CFTR biologie en was een belangrijke stimulans in de ontwikkeling van CFTR modulatoren16. HBE modellen zijn helaas niet houdbaar als een gepersonaliseerde model vanwege het invasieve karakter van verkrijging (Long transplantatie of bronchiale borstelen) en het ontbreken van monsters voor mensen met zeldzame mutaties of milde ziekte. Omgekeerd, intestinale weefsel, verkregen uit rectale of duodenale biopsie monsters, kan worden gebruikt voor intestinale Stroommeting (ICM) of een zwelling gebaseerde organoid assay te bestuderen van geïndividualiseerde CFTR functie17,18, 19. Organoid tests, in het bijzonder zijn zeer gevoelige modellen van CFTR activiteit20,21,22. Beide modellen zijn beperkt door de weefsel bron (intestinale weefsel, terwijl de meeste ziekte pathologie respiratoire is) en de semi-invasieve methode van overname. U kunt ook hebben verschillende onderzoekers bestudeerd menselijke nasale epitheliale cellen van het (HNE) tot model CFTR restauratie23,24,25. HNEs veilig geoogst kan worden met de borstel of curettage in onderwerpen van elke leeftijd en wanneer gekweekt in ALI, recapituleren veel kenmerken van HBEs25,26,27,28. HNE enkelgelaagde culturen hebben traditioneel beperkt gebleven door squamous transformatie en een lange tijd tot en met29van de looptijd. Bovendien gemeld kortsluiting huidige metingen in HNEs zijn kleiner dan die in HBEs, een kleiner venster te sporen therapeutische werking25suggereren.
Gezien de behoefte aan een persoonlijke, niet-invasieve respiratoire weefselkweek model van CFTR-functie, die wij willen samenvoegen van de gevoeligheid van een zwelling gebaseerde, organoid assay met de niet-invasieve en respiratoire aard van HNEs. Hier beschrijven we onze methode voor de opwekking van 3-dimensionale "sferoïde" culturen van HNEs voor geïndividualiseerde CFTR-studie in een zwelling gebaseerde assay-30. HNE spheroïden polariseren betrouwbaar met de epitheliale apex richting het centrum van het gebied, of lumen. Dit model recapituleert vele kenmerken van een lagere respiratoire epitheel en rijpt sneller dan ALI culturen. Als een functionele assay kwantificeren HNE spheroïden betrouwbaar een bereik van CFTR-functie, evenals de modulatie in goed bestudeerde mutatie groepen (bijvoorbeeld, F508del CFTR). Deze zwelling gebaseerde assay speelt in op de ion/zout vervoer eigenschappen van CFTR, niet indirect meten vloeistof toestroom in de sferoïde als water apicale zout efflux volgt. Op deze wijze zwellen gestimuleerd spheroïden met volledig functionele CFTR krachtig, terwijl die met disfunctionele CFTR minder zwellen of krimpen. Dit wordt gekwantificeerd door beeldanalyse van pre- en 1 h na stimulatie spheroïden, luminal oppervlakte te meten en het bepalen van het percentage wijzigen. Deze maatregel kan vervolgens worden vergeleken tussen de experimentele groepen aan het scherm voor drug topicale in een patiënt-specifieke mode.