Tkanka tłuszczowa jest głównym organem otyłości, który ponosi bezpośrednie roczne koszty medyczne od 147 miliardów do 210 miliardów dolarów w Stanach Zjednoczonych. 1. Nagromadzenie tkanki tłuszczowej przyczynia się również do innych głównych przyczyn zgonów, takich jak choroby serca, cukrzyca typu II i niektóre rodzaje raka2. Modele hodowli in vitro są niezbędne w badaniach metabolicznych i opracowywaniu leków, ale obecne modele badawcze tkanki tłuszczowej mają poważne braki. Adipocyty to delikatne, pływające i kończnie zróżnicowane komórki, które nie przylegają do tworzyw sztucznych hodowli komórkowych i dlatego nie mogą być hodowane przy użyciu konwencjonalnych metod hodowli komórkowych. Od lat siedemdziesiątych XX wieku w próbach pokonania tych barier zastosowano kilka metod, w tym użycie szkiełek nakrywkowych, hodowli sufitowych, hodowli zawiesinowych i matryc zewnątrzkomórkowych3,4,5,6,7. Jednak metody te charakteryzowały się śmiercią komórki i odróżnicowaniem i są zwykle stosowane przez nie dłuższy niż dwutygodniowy okres badania. Co więcej, modele te nie próbują podsumować natywnego mikrośrodowiska tłuszczowego, ponieważ nie utrzymują nienaruszonego ECM, interakcji między adipocytami a komórkami podporowymi zrębu, ani sił skurczowych, jakie komórki wywierają na siebie nawzajem w WAT in vivo.
Wobec braku metody hodowli pierwotnej tkanki tłuszczowej o złotym standardzie, badania nad tkanką tłuszczową opierały się głównie na zróżnicowanych preadipocytach (diffAds). DiffAds są wielomiejscowe, przylegające i aktywne metabolicznie. Natomiast pierwotne białe adipocyty są jednopunktowe, nieprzylegające i wykazują stosunkowo niski metabolizm. Niepowodzenie obecnych modeli hodowli tkanki tłuszczowej w podsumowaniu fizjologii zdrowej, dojrzałej tkanki tłuszczowej jest prawdopodobnie głównym czynnikiem braku leków zatwierdzonych przez FDA, które bezpośrednio celują w adipocyty. W rzeczywistości brak fizjologicznych modeli narządów in vitro jest poważnym problemem w przypadku większości narządów i chorób.
W swoim stanowisku ogłaszającym utworzenie programu Systemów Mikrofizjologicznych (MPS), National Institutes of Health (NIH) poinformował, że wskaźnik sukcesu w 2013 roku we wszystkich badaniach klinicznych na ludziach wynosił tylko 18% dla badań klinicznych fazy II i 50% dla badań klinicznych fazy III8. Program MPS ma na celu bezpośrednie rozwiązanie problemu niezdolności monokultury in vitro do modelowania fizjologii człowieka. NIH definiuje MPS jako systemy hodowli składające się z ludzkich komórek pierwotnych lub macierzystych w wielokomórkowych konstruktach 3D, które podsumowują funkcjonowanie narządów. W przeciwieństwie do redukcjonistycznych modeli jednorodnych, unieśmiertelnionych kultur komórkowych, MPS powinny dokładnie modelować interakcje komórka-komórka, lek-komórka, lek-lek i narząd-lek9. W przeciwieństwie do krótkoterminowych metod hodowli pierwotnej, standardy NIH dyktują trwałość MPS przez 4 tygodnie w culture8. Więcej szczegółów na temat programu MPS można znaleźć na stronie RFA NIH (#RFA-TR-18-001)10.
Opracowaliśmy prosty, nowatorski, elastyczny i niedrogi MPS o nazwie "kanapkowana biała tkanka tłuszczowa" (SWAT)11. Pokonujemy naturalną wyporność adipocytów poprzez "kanapkowanie" zmielonej pierwotnej tkanki tłuszczowej między arkuszami komórek zrębu pochodzących z tkanki tłuszczowej (ADSC) (ryc. 1). Powstały w ten sposób konstrukt 3D podsumowuje kontakt komórka-komórka i natywne mikrośrodowisko tłuszczowe poprzez otoczenie dojrzałych adipocytów naturalną populacją komórek wspierających adipocyty. SWAT został zwalidowany poprzez wykazanie 8-tygodniowej żywotności, odpowiedzi na sygnalizację egzogenną, wydzielania adipokiny i wszczepienia do modelu zwierzęcego.