Prawidłowe funkcjonowanie gruczołów ślinowych jest niezbędne dla zdrowia jamy ustnej i ulega zmianie po leczeniu raka głowy i szyi za pomocą radioterapii1. W 2017 roku w Stanach Zjednoczonych zgłoszono prawie 50 000 nowych przypadków raka głowy i szyi2. Ze względu na uszkadzające tkanki i często nieodwracalne skutki radioterapii dla otaczających normalnych tkanek, takich jak gruczoły ślinowe, pacjenci często odczuwają poważne skutki uboczne i obniżoną jakość życia2,3,4. Częste powikłania spowodowane uszkodzeniem popromiennym objawiają się takimi objawami, jak kserostomia (subiektywne odczucie suchości w ustach), próchnica, upośledzona zdolność żucia i połykania, zaburzenia mowy i upośledzone mikrobiomy jamy ustnej2,3,4. Objawy te łącznie mogą prowadzić do niedożywienia i upośledzenia przeżywalności u osób dotkniętych chorobą5. Chociaż dysfunkcja gruczołów ślinowych w tej populacji została dobrze udokumentowana, mechanizmy leżące u podstaw uszkodzenia komórek groniastych zostały zakwestionowane, a integracja między różnymi modelami zwierzęcymi jest niewielka6,7.
Obecne metody badania funkcji gruczołów ślinowych i uszkodzeń wywołanych promieniowaniem obejmują wykorzystanie modeli in vivo, unieśmiertelnionych linii komórkowych, dwuwymiarowych (2-D) pierwotnych hodowli komórkowych i trójwymiarowych (3-D) hodowli salisphere8,9,10,11,12. Tradycyjnie, modele hodowli komórkowych z unieśmiertelnionych linii komórkowych i kultur 2D obejmują jednowarstwowe komórki hodowane na płaskich powierzchniach i są cenne dla szybkich, łatwych i opłacalnych eksperymentów. Jednak warunki sztucznej hodowli komórkowej mogą zmieniać stan różnicowania i reakcje fizjologiczne komórek wystawionych na różne warunki, a wyniki często nie przekładają się na modele całego organizmu14,15. Ponadto unieśmiertelnione hodowle komórkowe wymagają modulacji aktywności p53, która ma kluczowe znaczenie dla odpowiedzi gruczołów ślinowych na uszkodzenie DNA16,17.
3-D kultury salisphere są wzbogacone o komórki macierzyste i progenitorowe we wczesnych punktach czasowych hodowli i były przydatne do zrozumienia radiowrażliwości tego podzbioru komórek gruczołów ślinowych9,18. Krytycznym ograniczeniem wszystkich tych modeli hodowlanych jest to, że są one nieskuteczne w wizualizacji trójwymiarowej struktury gruczołu ślinowego, w tym macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i interakcji komórka-komórka na różnych warstwach, które są kluczowe w modulowaniu wydzielania śliny15. Potrzeba metody, która obejmuje zachowanie tkanki jako całości, ale może być również manipulowana w warunkach laboratoryjnych w celu zbadania efektów leczenia, jest niezbędna do dalszego odkrywania mechanizmów leżących u podstaw dysfunkcji gruczołów ślinowych wywołanej promieniowaniem.
Sekcja i hodowla żywych tkanek została wcześniej udokumentowana19,20 i jest często używane do badania interakcji mózg-tkanka21. W poprzednich badaniach tkankę ślinianki ślinianki przyusznej (PAR) myszy wycięto na około 50 μm i hodowano przez okres do 48 godzin, a następnie przeprowadzono analizę żywotności, śmierci komórki i funkcji19. Su i wsp. (2016) rozszerzył tę metodologię, hodując ludzkie gruczoły podżuchwowe (SMG) podzielone na 35 μm lub 50 μm przez 14 dni20. Proponowana metoda stanowi postęp w tym sensie, że obejmuje zarówno ślinianki przyuszne, jak i podżuchwowe podzielone na 50 μm i 90 μm oraz ocenę kultur przez 30 dni. Zdolność do cięcia tkanek o różnych grubościach jest ważna w ocenie interakcji komórka-komórka i komórka-ECM, które są istotne dla procesów komórkowych, w tym polaryzacji wierzchołkowo-podstawno-bocznej i unerwienia do wydzielania. Ponadto wycinki gruczołów ślinowych zostały napromieniowane podczas hodowli, aby określić wykonalność tego modelu hodowli do badania uszkodzeń gruczołów ślinowych wywołanych promieniowaniem.
Celem tego protokołu organotypowej hodowli gruczołów ślinowych jest ocena maksymalnego czasu żywotności hodowli i scharakteryzowanie zmian komórkowych po radioterapii ex vivo. Aby określić maksymalny czas, w którym odcinki są zdolne do życia po sekcji, przeprowadzono barwienie błękitem trypanowym, barwienie żywych komórek i barwienie immunohistochemiczne pod kątem śmierci komórki. Mikroskopia konfokalna i barwienie immunofluorescencyjne zostały wykorzystane do oceny określonych populacji komórek, struktur morfologicznych i poziomów proliferacji. Hodowle wycinków tkanek zostały również wystawione na działanie promieniowania jonizującego w celu określenia wpływu promieniowania na różne markery w tym modelu 3D. Indukcję śmierci komórki, rozerwanie cytoszkieletu, utratę markerów różnicowania i proliferację kompensacyjną w napromieniowanych hodowlach ex vivo porównano z wcześniejszymi badaniami modeli in vivo. Metodologia ta zapewnia środki do badania roli interakcji komórka-komórka po uszkodzeniu popromiennym i zapewnia model eksperymentalny do skutecznej oceny skuteczności interwencji terapeutycznych (manipulacji genami lub środków farmakologicznych), które mogą być mniej odpowiednie dla modeli in vivo.