Translationeel 3D-celcultuurmodel om de effecten van hyperoxie op menselijke neonatale luchtwegepitheelcellen te beoordelen

Cynthia M. Carter; Maxwell M. Mathias; Lora Bailey-Downs; Trent E. Tipple; Peter F. Vitiello; Matthew S. Walters; Abhrajit Ganguly

doi:10.3791/65913

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Translationeel 3D-celcultuurmodel om de effecten van hyperoxie op menselijke neonatale luchtwegepitheelcellen te beoordelen

1.1K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/65913

⸱

12 juli 2024

Cynthia M. Carter¹ , Maxwell M. Mathias¹ , Lora Bailey-Downs¹ , Trent E. Tipple¹ , Peter F. Vitiello¹ , Matthew S. Walters² , Abhrajit Ganguly¹

¹Department of Pediatrics, Section of Neonatal-Perinatal Medicine, Center for Pregnancy and Newborn Health, University of Oklahoma Health Sciences Center, ²Department of Medicine, Section of Pulmonary, Critical Care & Sleep Medicine, University of Oklahoma Health Sciences Center

In dit artikel

Samenvatting

We beschrijven een protocol om een lucht-vloeistofinterface (ALI) kweekmodel op te zetten dat gebruikmaakt van neonatale tracheale luchtwegepitheelcellen (nTAEC) en om fysiologisch relevante blootstelling aan hyperoxie uit te voeren om het effect van atmosferisch geïnduceerde oxidatieve stress op cellen afgeleid van het zich ontwikkelende neonatale luchtwegoppervlakepitheel te bestuderen.

Samenvatting

Het premature neonatale luchtwegepitheel wordt voortdurend blootgesteld aan omgevingsstressoren. Een van deze stressoren bij pasgeborenen met een longziekte is onder meer zuurstofspanning (O₂) die hoger is dan die van de omgevingsatmosfeer - hyperoxie genoemd (>21% O₂). Het effect van hyperoxie op de luchtwegen hangt af van verschillende factoren, waaronder het ontwikkelingsstadium van de luchtwegen, de mate van hyperoxie en de duur van de blootstelling, waarbij variabele blootstellingen mogelijk leiden tot unieke fenotypes. Hoewel er uitgebreid onderzoek is gedaan naar het effect van hyperoxie op neonatale longalveolisatie en hyperreactiviteit van de luchtwegen, is er weinig bekend over het onderliggende effect van hyperoxie op korte en lange termijn op menselijke neonatale luchtwegepitheelcellen. Een belangrijke reden hiervoor is de schaarste aan een effectief in vitro model om de ontwikkeling en functie van het epitheel van de menselijke neonatale luchtwegen te bestuderen. Hier beschrijven we een methode voor het isoleren en uitbreiden van menselijke neonatale tracheale luchtwegepitheelcellen (nTAEC's) met behulp van menselijke neonatale tracheale aspiraten en het kweken van deze cellen in lucht-vloeistofinterface (ALI) cultuur. We tonen aan dat nTAEC's een volwassen gepolariseerde cel-monolaag vormen in ALI-cultuur en mucociliaire differentiatie ondergaan. We presenteren ook een methode voor matige blootstelling aan hyperoxie van de celmonolaag in ALI-cultuur met behulp van een gespecialiseerde incubator. Daarnaast beschrijven we een test om cellulaire oxidatieve stress te meten na blootstelling aan hyperoxie in ALI-cultuur met behulp van fluorescerende kwantificering, die bevestigt dat matige blootstelling aan hyperoxie cellulaire oxidatieve stress induceert, maar geen significante celmembraanbeschadiging of apoptose veroorzaakt. Dit model kan mogelijk worden gebruikt om klinisch relevante blootstelling aan hyperoxie te simuleren die wordt aangetroffen door neonatale luchtwegen op de Neonatale Intensive Care Unit (NICU) en kan worden gebruikt om de korte- en langdurige effecten van O₂ op de epitheliale programmering van de neonatale luchtwegen te bestuderen. Studies met behulp van dit model kunnen worden gebruikt om manieren te onderzoeken om oxidatieve schade aan zich ontwikkelende luchtwegen in het vroege leven te verminderen, die betrokken is bij de ontwikkeling van langdurige luchtwegaandoeningen bij voormalige premature baby's.

Inleiding

Therapeutische zuurstof (O₂) is een van de meest gebruikte therapieën op de neonatale intensive care (NICU)¹. Bijgevolg is blootstelling aan hyperoxie (>21% O₂) een veel voorkomende atmosferische stressfactor die neonaten met en zonder significante longziekte tegenkomen. Longreacties op hyperoxie kunnen variëren, afhankelijk van de intensiteit en/of duur van de blootstelling en de anatomische locatie, het celtype en het stadium van longontwikkeling 2,3,4,5,6.