Establishing a Co-Culture Model to Study Host-Pathogen Interactions at the Air-Liquid Interface
JoVE Encyclopedia of Experiments
Microbiologie
0 weergaven • 1:50 min • 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.
Overzicht
Dit artikel presenteert een 3D co-cultuurmodel van bronchiale epitheelcellen en macrofaag-achtige cellen aan de lucht-vloeistofinterface (ALI) om gastheer-pathogeeninteracties te bestuderen, met een specifieke focus op infecties met Pseudomonas aeruginosa. Het model bootst de menselijke epitheliale barrière van de luchtwegen na en maakt preklinische evaluatie van anti-infectieve strategieën mogelijk door de epitheliale integriteit, activering van immuuncellen en mechanismen voor pathogeenklaring te observeren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Celbiologie
- Immunologie
- Microbiologie
- Respiratoir onderzoek
Achtergrond
- Het luchtwegepitheel dient als een primaire barrière tegen respiratoire pathogenen.
- Macrofagen spelen een cruciale rol in de aangeboren immuunafweer binnen de long.
- Traditionele monocultuurmodellen missen de complexiteit van cel-celinteracties die in vivo aanwezig zijn.
- 3D-cocultuursystemen bij ALI bootsen de fysiologische omstandigheden voor infectiestudies beter na.
Doel van de studie
- Om een fysiologisch relevant in vitro-model te vestigen voor het bestuderen van P. aeruginosa-infectie.
- Om de interactie tussen bronchiale epitheelcellen en macrofaag-achtige cellen tijdens infectie te onderzoeken.
- Om de integriteit van de epitheliale barrière en de immuunresponsen na bacteriële challenge te beoordelen.
Gebruikte methoden
- Kweken van bronchiële epitheelcellen tot confluentie op transwell-membraaninserts.
- Uitzaaien van macrofaag-achtige cellen op de onderzijde van het membraan om de luchtwegbarrière na te bootsen.
- Toevoegen van P. aeruginosa aan de apicale (bovenste) zijde van de epitheellaag.
- Incubatie om bacteriële aanhechting en kolonisatie mogelijk te maken.
- Creëren van een lucht-vloeistofinterface door de apicale vloeistof te verwijderen terwijl het medium eronder behouden blijft.
- Observatie van epitheliale disruptie, cytokinerestrictie en migratie en fagocytose van macrofagen.
Belangrijkste resultaten
- Bacteriële infectie verstoort de tight junctions van het epitheel, waardoor de permeabiliteit toeneemt.
- Geïnfecteerde epitheelcellen laten pro-inflammatoire cytokinen vrij.
- Cytokinen stimuleren de migratie van macrofaag-achtige cellen naar de epitheellaag.
- Macrofaag-achtige cellen herkennen en omsluiten bacteriën, wat de klaring van pathogenen modelleert.
Conclusies
- Het 3D co-cultuur ALI-model simuleert effectief de dynamiek van infecties van de luchtwegen.
- Het maakt gedetailleerde studie mogelijk van de epitheliale barrièrefunctie en immuuncelresponsen.
- Dit systeem is waardevol voor de preklinische evaluatie van anti-infectieuze therapieën gericht op luchtweginfecties.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Topprofessionals
Het opzetten van een 3D co-kweekmodel aan de lucht-vloeistofinterface maakt een voorspellende evaluatie mogelijk van gastheer-pathogeeninteracties in een fysiologisch relevante respiratoire context. Dit systeem ondersteunt mechanistische risicoreductie voor de ontdekking van anti-infectiemiddelen door epitheliale barrièreverstoring en immuuncelresponsen te modelleren. Deze benadering vergroot het translationele vertrouwen bij de beoordeling van preklinische anti-infectiekandidaten en portfolio-triage.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt onderzoek naar mechanismen van gastheer-pathogeeninteracties mogelijk in een gecontroleerd, ziekterellevant systeem.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door het modelleren van de integriteit van de epitheliale barrière en immuunactivatie.
- Faciliteert functionele targetvalidatie voor anti-infectieuze strategieën gericht op luchtweginfecties.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een gevalideerd co-cultureplatform voor kwantitatieve beoordeling van epitheliale disruptie en migratie van immuuncellen.
- Maakt reproduceerbare meting van cytokinerelase en pathogeenklaring mogelijk als assay-eindpunten.
- Ondersteunt de screeningreadiness voor het evalueren van de effectiviteit van anti-infectieuze verbindingen in een complexe biologische context.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Sluit aan bij ziekte-relevante respiratoire modellen voor de ontwikkeling van translationele biomarkers.
- Waarborgt continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door menselijke luchtwegresponsen te modelleren.
- Vermindert het translationele risico door voorspellende gegevens te verschaffen over epitheliale en immuunceldynamiek.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit co-cultuurmodel is geïntegreerd in het continuüm van ontdekking tot prekliniek voor anti-infectieve R&D, waarbij de brug wordt geslagen tussen vroege mechanistische studies en de evaluatie van preklinische kandidaten.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetesten over de epitheliale barrièrefunctie en de immuunrespons op infecties.
- Screening: Levert kwantitatieve, reproduceerbare resultaten voor de beoordeling van de effectiviteit van verbindingen.
- Analytica: Maakt meting van membraanintegriteit, cytokineniveaus en fagocytische activiteit mogelijk.
- Translationeel onderzoek: Biedt een platform voor de afstemming van biomarkers en ziekterelevante validatie.
- Bedrijfsbrede hergebruik: Biedt een herbruikbaar, gestandaardiseerd systeem voor de evaluatie van anti-infectieve middelen over verschillende programma's heen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in doelwitvalidatie en het mechanistische begrip van infectie.
- Operationele waarde: Standaardiseert co-culture workflows voor reproduceerbaarheid en schaalbaarheid over projecten heen.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen en vermindert biologische risico's in een late fase voor anti-infectieve portfolio's.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van kandidaten mogelijk op basis van functionele, ziekterelevante gegevens.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in kweektechnieken voor luchtw Begepitheel en immuuncellen.
- Toegang tot transwell-systemen en analytische instrumenten voor de meting van barrière-integriteit en cytokinen is noodzakelijk.
- Standaardisatie tussen teams is vereist voor een reproduceerbare co-kweekopzet en analyse van de resultaten.
- Aanpassingen kunnen nodig zijn voor verschillende combinaties van pathogenen of celtypen.
- De complexiteit van het model kan de doorvoersnelheid beperken in vergelijking met eenvoudigere monocultuur-assays.
Veelgestelde vragen over Biopharma
Bestuderen van microbiële gemeenschappen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Een co cultuur methode te onderzoeken de Overspraak tussen X-ray bestraald Caco-2 cellen en PBMC
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Menselijke Colonoid Monolayers studie van interacties tussen ziekteverwekkers, Commensals en Host intestinaal epitheel
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Microfluïdische Co-cultuur van epitheliale cellen en bacteriën voor het onderzoeken van Oplosbaar Signal-gemedieerde interacties
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Co-cultuur modellen van Pseudomonas aeruginosa Biofilms Grown op Live menselijke luchtwegen cellen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Gebruik van de EpiAirway Model voor het karakteriseren van op lange termijn gastheer-pathogeen interacties
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Tot oprichting van een Liquid bedekte cultuur van gepolariseerde menselijke luchtwegen Epiteel Calu-3 cellen aan Host Cell Reactie op respiratoire pathogenen Studie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Kweken van Menselijke neus epitheelcellen op de Air Liquid Interface
Gerelateerde video's
0 Bekeken
P. aeruginosa Geïnfecteerde 3D Co-Cultuur van Bronchiale epitheelcellen en macrofagen bij Air-Liquid Interface for Preclinical Evaluation of Anti-Infectives
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Microfluïdische co-cultuurmodellen voor het ontleden van de immuunrespons in in vitro tumormicro-omgevingen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026