Хронические респираторные заболевания, такие как астма, хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) и муковисцидоз, являются одними из основных проблем здравоохранения во всем мире1. Распространенность респираторных заболеваний, вызываемых такими вирусами, как вирус гриппа А человека, респираторно-синцитиальный вирус (РСВ) и коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2), также является бременем для экономики и общественногоздравоохранения2. В связи с этим существует огромная потребность в разработке схем лечения респираторных заболеваний, которые приводят к необратимому повреждению дыхательных тканей. Эпителиальная ткань дыхательных путей сама по себе не только участвует в поглощении кислорода, но и обеспечивает барьер для защиты организма от вторжения патогенов и опасных химическихвеществ. Респираторный эпителий имеет сложную клеточную организацию, состоящую из трех основных типов клеток: реснитчатых клеток, бокаловидных клеток и базальных клеток. Недавно появилось сообщение о присутствии новых, но редких ионоцитарных клеток в эпителии дыхательных путей4. Сложная ткань функционирует скоординированным образом, обеспечивая врожденные иммунные реакции, такие как секреция антимикробных пептидов, высвобождение цитокинов для активации адаптивного иммунного ответа и мукоцилиарный клиренс5. Отсутствие подходящей модели дыхательных путей является одним из препятствий для изучения респираторных инфекций и разработки методов лечения.
Модель воздушно-жидкостного интерфейса (ALI) становится ключевым инструментом для исследований респираторных заболеваний6. Это эффективная модель дыхательных путей легких in vitro, поскольку первичные клетки дыхательных путей легких дифференцируются в псевдостратифицированный эпителий дыхательных путей, состоящий по меньшей мере из трех типов клеток, которые обычно находятся на апикальной стороне дыхательных путей. Во-первых, реснитчатые клетки покрывают большую часть апикальной стороны дыхательных путей и способствуют мукоцилиарному клиренсу. Во-вторых, бокаловидные клетки вырабатывают слизь и являются крупнейшими клетками, которые находятся вместе с цилиарными клетками на апикальной стороне дыхательных путей. В-третьих, базальные клетки находятся в базальном слое дыхательных путей и являются клетками-предшественниками, которые дифференцируются в различные эпителиальные клетки 5,7. Хотя ионоциты и пучковые клетки редко встречаются в эпителии дыхательных путей, они также могут играть роль в функции ресничек и проницаемости мембран4. Эта методика отличается от традиционной погружной клеточной культуры, которая не имитирует легочную среду in vivo. Поскольку ОПЛ производится из первичных эпителиальных клеток, полученных от здоровых людей, пациентов с астмой и ХОБЛ, он предлагает более разнообразную платформу для изучения реакции на инфекцию и патофизиологию заболевания.
Оценка состояния здоровья культур, разработанных с помощью ALI, является важным аспектом мониторинга, обеспечивающим жизнеспособность, функциональность и физиологическую значимость культивируемых клеток. Это повышает уверенность в целостности, надежности и воспроизводимости культур ALI. Как было опубликовано ранее, наша группа оценивала целостность культуры ALI путем оценки двух биофизических параметров: цилиарной функции путем количественной оценки частоты биения ресничек (CBF) и целостности эпителиального барьера путем определения трансэпителиального электрического сопротивления (TEER)6,7,8. Мукоцилиарный клиренс (МКК) является одним из важных признаков эпителия дыхательных путей, переносимого реснитчатыми клетками. Специализированные органеллы, называемые ресничками на поверхности реснитчатых клеток, бьются метахрональными волнами, очищая дыхательные пути от инфекций и вдыхаемых частиц, застрявших в слизистом слое эпителия дыхательных путей. Эффективность МКК полностью зависит от правильной деятельности ресничек9. Хороший КБН свидетельствует о здоровом, неповрежденном эпителии дыхательных путей; следовательно, мониторинг КБК для культур ОЛИ дает ценную информацию о целостности эпителия10. Несмотря на то, что существует несколько способов количественного определения НБВ, например, высокоскоростная видеомикроскопия11 и допплеровская оптическая когерентная томографияс фазовым разрешением12, каждый метод требует технических знаний и специализированного оборудования. В этом протоколе мы предлагаем более простой и менее технический способ количественного определения КБН дифференцированного эпителия дыхательных путей. Описан метод количественной оценки TEER того же эпителия, который указывает на целостность эпителиальных тканей и барьерную функцию13.