$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Nabłonek jelitowy jest wyposażony w różne białka transportowe (kanały, ATPazy, kotransportery i wymienniki), które pełnią liczne funkcje, począwszy od wchłaniania składników odżywczych, elektrolitów i leków, a skończywszy na wydzielaniu płynów i jonów w świetle. Białka transportowe generują gradienty elektrochemiczne, które umożliwiają ruch jonów lub cząsteczek w sposób wektorowy. Osiąga się to dzięki asymetrycznemu rozkładowi systemów transportowych w błonach wierzchołkowych i podstawno-bocznych spolaryzowanych komórek nabłonkowych. Ponadto ścisłe połączenia, które wiążą sąsiednie komórki nabłonkowe, odgrywają ważną rolę w tym procesie, służąc jako bariera dla wewnątrzbłonowej dyfuzji składników między wierzchołkowymi i podstawnobocznymi domenami błonowymi. Odpowiednie systemy modelowe naśladujące te charakterystyczne cechy jelita natywnego (tj. polarność, różnicowanie i integralność połączeń ścisłych) mają kluczowe znaczenie dla badania funkcjonalności systemów transportu nabłonkowego.
Jeśli chodzi o modele, typowymi liniami komórkowymi używanymi obecnie w badaniach nad transportem nabłonka jelitowego są Caco-2, model w pełni zróżnicowanych, chłonnych komórek nabłonka jelita cienkiego; oraz komórki T84 lub subklony HT-29, modele komórek nabłonka jelita grubego pochodzących z krypty1. Konwencjonalnie te linie komórkowe są hodowane jako monowarstwy na powierzchniach z tworzywa sztucznego lub w powlekanych wkładkach transwell. Wkładki do hodowli komórkowych trans-well do pewnego stopnia przypominają środowisko in vivo, umożliwiając spolaryzowanym komórkom odżywianie się podstawkowo-bocznie. Jednak ograniczeniem w konwencjonalnych systemach hodowli 2D jest to, że komórki są zmuszone do przystosowania się do sztucznej, płaskiej i sztywnej powierzchni. W związku z tym fizjologiczna złożoność natywnego nabłonka nie jest dokładnie odzwierciedlona w systemie 2D. To ograniczenie zostało przezwyciężone przez metody hodowli komórek w 3D w określonym mikrośrodowisku, takie jak galaretowata mieszanina białek, zawierająca różne składniki macierzy zewnątrzkomórkowej2,3. Niemniej jednak hodowle in vitro nie mogą symulować złożoności nabłonka jelitowego, który ma wiele typów komórek i specyficzną dla regionu architekturę w jelicie. W związku z tym badania z wykorzystaniem modeli kultur komórkowych wymagają dalszej walidacji w jelicie natywnym. Korzystając z hodowli komórkowej 3D in vitro i błony śluzowej jelit myszy, opisujemy tutaj proste metody badania regulacji jelitowego transportera serotoniny (SLC6A4, SERT).
Transporter SERT reguluje pozakomórkową dostępność ważnego hormonu i neuroprzekaźnika, 5-hydroksytryptaminy (5-HT), szybko transportując ją przez proces zależny od Na+/Cl. SERT jest znanym celem leków przeciwdepresyjnych, a ostatnio pojawił się jako nowy cel terapeutyczny w zaburzeniach żołądkowo-jelitowych, takich jak biegunka i zapalenie jelit. Metody badania wychwytu 5-HT w komórkach nabłonka jelitowego zostały już wcześniej opisane. Na przykład wykazano, że komórki Caco-2 hodowane na plastikowych podporach lub przepuszczalnych wkładkach wykazują wrażliwy na fluoksetynę wychwyt 3H-5-HT zarówno w domenie wierzchołkowej, jak i podstawno-bocznej4. Pomiar funkcji SERT w izolowanych pęcherzykach błony granicznej szczotki (BBMV) przygotowanych z jelita cienkiego dawcy narządów ludzkich został również opisany przez us5. 3Wykazano, że wychwyt H-5-HT w ludzkich BBVM jest wrażliwy na fluoksetynę i zależny od Na+/Cl oraz wykazywał kinetykę nasycenia przy Km wynoszącym 300 nM5. Korzystając z podobnych metod, wcześniej zmierzyliśmy funkcję SERT jako wychwyt 3H-5-HT w jelitach myszy BBMVs6. Jednak przygotowanie czystych pęcherzyków błony plazmatycznej wymaga dużej ilości błony śluzowej tkanki. Inne metody, takie jak radiograficzna wizualizacja 3miejsc wychwytu H-5-HT, zostały również pokazane wcześniej w jelicie cienkim świnki morskiej i szczura7.
Komora Ussing dostarcza bardziej fizjologicznego systemu do pomiaru transportu jonów, składników odżywczych i leków przez różne tkanki nabłonkowe. Główną zaletą techniki komory Ussinga jest to, że umożliwia ona precyzyjny pomiar parametrów elektrycznych i transportowych nienaruszonego, spolaryzowanego nabłonka jelitowego. Ponadto, aby zminimalizować wpływ wewnętrznego układu nerwowo-mięśniowego, można przeprowadzić surowiczo-mięśniowe usuwanie błony śluzowej jelit w celu zbadania regulacji transporterów w nabłonku8.
Pokazujemy, że komórki Caco-2 hodowane w 3D na galaretowatym białku tworzą puste światło wyrażające wyraźne markery wierzchołkowe i podstawno-boczne. Komórki te wykazują wyższą ekspresję SERT niż komórki 2D Caco-2. Opisano metody hodowli komórek 3D oraz wykonywania barwienia immunologicznego lub ekstrakcji RNA i białek. Ponadto opisujemy metody badania funkcji i regulacji SERT przez TGF-β1, cytokinę plejotropową, w błonie śluzowej jelita cienkiego z wykorzystaniem techniki komory Usinga.