Cel techniki
Komórki nabłonkowe (EC) w drogach oddechowych są jednymi z pierwszych miejsc, które są bezpośrednio narażone na wdychane stresory środowiskowe, takie jak patogeny, alergeny czy zanieczyszczenia powietrza. EC są czymś więcej niż barierą strukturalną: działają jak centrala do inicjowania i regulowania odpowiedzi immunologicznej układu oddechowego1-3 poprzez uwalnianie rozpuszczalnych mediatorów4-6 i ekspresję ligandów/receptorów na ich powierzchni 7-9. Podczas gdy unieśmiertelnione linie komórkowe mogą być używane jako modele do badania EC układu oddechowego in vitro, nie różnicują się one w heterogeniczne populacje komórek złożone ze spolaryzowanych komórek rzęskowych i wytwarzających śluz, podobnie jak to obserwuje się in vivo. Aby podsumować ważne cechy nabłonka oddechowego obserwowane in vivo, można zastosować pierwotne EC dróg oddechowych. Dlatego naszym celem była optymalizacja naszej metody z wykorzystaniem nosonowych EC (NEC) uzyskanych od ochotników. NEC są namnażane i hodowane in vitro, w wyniku czego uzyskuje się model hodowli komórkowej zróżnicowanych NEC, który naśladuje wiele cech nabłonka nosa obserwowanych in vivo.
Uzasadnienie
Użycie modeli in vitro z ludzkimi pierwotnymi EC naśladującymi sytuację in vivo - jak opisano w tym badaniu - daje unikalne możliwości badania specyficznych dla choroby różnic EC, parametrów fizjologicznych związanych z nabłonkiem dróg oddechowych, lub interakcji między EC a innymi typami komórek, takimi jak komórki dendrytyczne 10, komórki NK11 lub makrofagi. Kilka istniejących metod wykorzystuje EC oskrzeli, które można uzyskać inwazyjnie za pomocą biopsji szczoteczki podczas bronchoskopii lub z inaczej wyrzuconej tkanki płucnej12-17. Ponadto istnieją komercyjne źródła pozwalające uzyskać w pełni zróżnicowane hodowle komórek nabłonka ludzkich dróg oddechowych (model EpiAirway firmy MatTek, Ashland, MA, Clonetics z Lonza, Bazylea, Szwajcaria, MucilAir z Epithelix Sars, Genewa Szwajcaria), w których badacze mogą wybierać spośród różnych dawców. Jednak ze względu na ograniczoną pulę dostępnych na rynku komórek nabłonkowych, ograniczony lub przepisany zestaw parametrów, koszt związany z komercyjnym uzyskaniem pierwotnych EC ludzkich dróg oddechowych oraz ograniczony dostęp do odrzuconej tkanki płucnej lub świeżo uzyskanej ludzkiej biopsji oskrzeli uniemożliwiają wielu badaczom prowadzenie badań na w pełni zróżnicowanych EC ludzkich dróg oddechowych. Dlatego postanowiliśmy opracować technikę, która 1) wykorzysta nieinwazyjnie uzyskane ludzkie NEC, 2) zapewni protokół dający hodowle zróżnicowanego ludzkiego nabłonka dróg oddechowych oraz 3) będzie odtwarzalna w większości warunków laboratoryjnych z istniejącą infrastrukturą kultur tkankowych.
Zalety w stosunku do istniejących technik/modeli
Uzyskanie świeżych NEC, w porównaniu do EC oskrzelowych lub małych dróg oddechowych, jest znacznie mniej inwazyjne, osoby mogą być poddawane wielokrotnej biopsji bez znaczących skutków ubocznych, a powierzchowne biopsje z nosa mogą być przeprowadzane w chorych populacjach, które inaczej nie kwalifikowałyby się do bronchoskopii związanych z badaniami. Nieinwazyjne powierzchowne biopsje zeskrobane w celu uzyskania NEC pozwalają badaczowi ustalić a priori specyfikację dawcy, w tym wiek, płeć, stan choroby itp., zgodnie z celem badawczym, który ma zostać osiągnięty. W związku z tym, projektując badania naukowe, badacze nie są ograniczeni klinicznie dostępnymi próbkami tkanek/nabłonka, kupują drogie zróżnicowane modele kultur komórkowych od dostawców komercyjnych lub projektują inwazyjne badania bronchoskopowe. Ponadto łatwość uzyskania NEC zwiększa możliwość przeprowadzania eksperymentów na komórkach pochodzących od różnych dawców, co zwiększa walidację statystyczną zaobserwowanych wyników. Wreszcie, nos jest jednym z pierwszych miejsc, które są narażone na wszelkiego rodzaju stresory przenoszone drogą powietrzną. W związku z tym generowanie organotypowych systemów hodowli in vitro naśladujących nabłonek nosa jest przydatny do badania wdychania cząstek wirusa, zanieczyszczeń, alergenów lub gazów, co można łatwo osiągnąć przy użyciu tego systemu hodowli komórkowych.