$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Inżynieria tkankowa przełyku i eozynofilowe zapalenie przełyku (EoE) były przedmiotem badań w wielu laboratoriach w ciągu ostatniej dekady. Wady wrodzone, takie jak atrezja przełyku, występują u około 1 na 4 000 żywych urodzeń, co skutkuje niepełnym rozwojem przełyku prowadzącym do niezdolności do jedzenia1. Częstość występowania i rozpowszechnienie EoE wzrasta od czasu zidentyfikowania jednostki chorobowej w 1993 roku. Częstość występowania EoE wahała się od 0,7 do 10/100 000 na osoborok, a częstość występowania wahała się od 0,2 do 43/100 0002. Nowe, atrakcyjne podejście chirurgiczne do leczenia zarośnięcia przełyku polega na generowaniu konstruktów tkankowych do implantacji z wykorzystaniem własnych komórek pacjenta. Komórki te w połączeniu z syntetycznym rusztowaniem wygenerują autologiczny konstrukt, który nie wymaga supresji immunologicznej. Niektóre grupy już zaczęły badać wykorzystanie komórek macierzystych do inżynierii tkankowej przełyku 3, a także wykorzystanie natywnych komórek nabłonka przełyku do ponownego zasiedlenia błony śluzowej4-7. Choroby występujące w przełyku pacjentów pediatrycznych są często trudne do zdiagnozowania lub zbadania bez interwencji. Co więcej, wykorzystanie modeli zwierzęcych lub unieśmiertelnionych modeli linii komórkowych in vitro w chorobach dziecięcych, takich jak EoE, nie obejmuje dokładnej patogenezy choroby ani różnic specyficznych dla pacjenta8. W związku z tym możliwość badania procesu chorobowego pacjenta in vitro w celu zidentyfikowania określonych antygenów wywołujących chorobę, oceny mechanizmów leżących u podstaw choroby i zbadania leczenia farmakologicznego byłaby nowatorska i dostarczyłaby klinicystom informacji, które mogą pomóc w leczeniu pacjentów.
Było wiele autologicznych lub specyficznych dla pacjenta typów komórek, które zostały zaproponowane do wykorzystania w inżynierii tkankowej i badaniu patogenezy chorób ludzkich. Jednak niektóre z tych typów komórek mają ograniczoną zdolność do generowania wystarczającej liczby komórek o określonym fenotypie, aby zasiać duże rusztowanie lub przeprowadzić wysokoprzepustowe badania in vitro. Wykorzystanie pluripotencjalnych lub multipotencjalnych komórek macierzystych było tematem wielu dyskusji badawczych, jednak ograniczenia i niedociągnięcia w stosowaniu tych komórek zostały dobrze opisane9. Wykorzystanie ludzkich embrionalnych komórek macierzystych jest przedmiotem wielu dyskusji i wiąże się z wieloma kwestiami etycznymi. Co najważniejsze, komórki te tworzą potworniaki, które są podobne do guza, jeśli nie są różnicowane ze stanu pluripotencjalnego przed dostarczeniem ich do żywego gospodarza10. Co więcej, wykorzystanie embrionalnych komórek macierzystych nie byłoby specyficzne dla pacjenta i mogłoby wywołać odpowiedź allogeniczną i potrzebę supresji immunologicznej10. Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) to komórki pluripotencjalne, które mogą pochodzić z własnych komórek pacjenta. Komórki somatyczne, takie jak komórki skóry, mogą być indukowane do stanu pluripotencjalnego przy użyciu różnych technik integracyjnych i nieintegracyjnych. Komórki te służą następnie jako specyficzne dla pacjenta źródła komórek do inżynierii tkankowej lub badania chorób. Integracja niechcianego materiału genetycznego z tymi komórkami jest problemem opisanym przez wielu, a nawet jeśli sekwencje zostaną całkowicie usunięte, iPSC wydają się zachowywać epigenetyczną "pamięć" w stosunku do typu komórki, z której pochodzą11. Komórki te również tworzą potworniaki in vivo, jeśli nie są zróżnicowane przed przeszczepem11. Zbadano wiele protokołów różnicowania, koncentrując się na liniach nabłonkowych12,13,14, jednak bardzo ważne jest, aby pamiętać, że typy komórek powstające na końcu różnicowania nie są jednorodne i posiadają tylko ułamek interesującego typu komórki. Skutkuje to niską wydajnością i koniecznością oczyszczenia pożądanego typu komórek. Chociaż komórki iPS są potencjalnym źródłem komórek specyficznym dla pacjenta, proces uzyskiwania typu komórek interesujących zarówno dla inżynierii tkankowej, jak i badań nad chorobą jest bardzo nieefektywny.
Ludzkie komórki nabłonkowe zostały pomyślnie wyizolowane z różnych zarówno chorych, jak i niechorych tkanek w ludzkim ciele, w tym: lung15, breast16, jelito cienkie17, colon18, bladder19 i esophagus20. Ważne jest, aby pamiętać, że ludzkie komórki pierwotne mają skończoną liczbę przejść, w których utrzymywany jest fenotyp21,22. Niestety, oznacza to, że liczba komórek potrzebnych do badania choroby lub do zasiania zmodyfikowanego rusztowania do implantacji może nie zostać osiągnięta. Dlatego potrzebne są nowe techniki, aby namnażać komórki pacjenta przy jednoczesnym zachowaniu fenotypu nabłonka. Warunkowe przeprogramowanie prawidłowych i nowotworowych komórek nabłonka z wykorzystaniem komórek zasilających i inhibitora ROCK zostało opisane w 2012 roku przez Liu i wsp.23. Technika ta została wykorzystana do namnażania nowotworowych komórek nabłonkowych uzyskanych z biopsji raka prostaty i piersi przy użyciu napromieniowanych komórek zasilających, inhibitora ROCK i warunkowego podłoża przeprogramowującego. Celem było wygenerowanie wystarczającej liczby komórek do testów in vitro, takich jak badania przesiewowe leków. Technika ta jest w stanie rozszerzać komórki nabłonkowe w nieskończoność poprzez "przeprogramowanie" tych komórek do stanu podobnego do macierzystego lub progenitorowego, który jest wysoce proliferacyjny. Wykazano, że komórki te nie są rakotwórcze i nie mają zdolności do tworzenia teratomas23,24. Co więcej, nie stwierdzono żadnych nieprawidłowości chromosomalnych ani manipulacji genetycznych po pasażowaniu tych komórek w hodowli przy użyciu tej techniki23,24. Co najważniejsze, komórki te są w stanie różnicować się tylko w natywny typ komórek. W związku z tym technika ta oferuje duży rezerwuar komórek nabłonkowych specyficznych dla pacjenta do badania chorób lub inżynierii tkankowej bez konieczności unieśmiertelniania.
Uzyskanie tkanki nabłonkowej z określonego narządu w celu zbadania procesów chorobowych jest często ograniczone i nie zawsze możliwe ze względu na ryzyko pacjenta. W przypadku pacjentów cierpiących na choroby lub wady przełyku, biopsja endoskopowa jest minimalnie inwazyjnym podejściem do uzyskania tkanki nabłonkowej, którą można zdysocjować i warunkowo przeprogramować, aby zapewnić nieokreślone źródło komórek, które jest specyficzne dla błony śluzowej przełyku tego pacjenta. Pozwala to na przeprowadzenie badań in vitro komórek nabłonka w celu oceny procesów chorobowych i badań przesiewowych pod kątem potencjalnych środków terapeutycznych. Jednym z procesów chorobowych, który może znacznie skorzystać z tego podejścia, jest eozynofilowe zapalenie przełyku, które zostało opisane jako choroba alergiczna przełyku8. Testy alergiczne, jak również podejścia terapeutyczne, mogą być oceniane in vitro przy użyciu własnych komórek nabłonkowych pacjenta, a dane te mogą być następnie przekazywane lekarzowi prowadzącemu w celu opracowania zindywidualizowanych planów leczenia. Technika warunkowego przeprogramowania w połączeniu z uzyskaniem biopsji endoskopowych od pacjentów pediatrycznych daje możliwość rozszerzania normalnych komórek nabłonka przełyku w nieskończoność u każdego pacjenta. To źródło komórek można zatem połączyć z naturalnymi lub syntetycznymi rusztowaniami, aby zapewnić specyficzną dla pacjenta opcję chirurgiczną w przypadku wad, chorób lub urazów. Posiadanie nieokreślonej liczby komórek pomogłoby w inżynierii konstruktów przełyku, które mają całkowicie ponownie wypełnione światło komórkami nabłonka przełyku, aby ułatwić regenerację pozostałych typów komórek.