Establishing a Co-Culture Model to Study Host-Pathogen Interactions at the Air-Liquid Interface
JoVE Encyclopedia of Experiments
Микробиология
0 просмотров • 1:50 мин • July 1st, 2026
Begin with a multi-well plate containing a transwell membrane insert.
The insert contains a confluent bronchial epithelial cell layer on the upper side of the membrane.
The insert's lower side holds macrophage-like cells in medium, mimicking the human airway epithelial barrier.
Add pathogenic bacteria suspended in a buffer over the epithelial layer.
Incubate to allow bacterial attachment to the epithelial cells and their colonization.
Then, remove the buffer from the insert while retaining the medium in the well to create an air-liquid interface.
The bacteria secrete virulence factors that interact with epithelial tight junctions and disrupt them.
This increases permeability across the epithelial layer and triggers the release of pro-inflammatory cytokines from the epithelial cells.
These cytokines facilitate the movement of macrophage-like cells toward the epithelial layer, where they recognize and engulf the bacteria.
This establishes an epithelial-macrophage co-culture model at the air-liquid interface, representing pathogen exposure in the respiratory tract.
Add 100 microliters of bacterial suspension to the apical side of the permeable support and incubate the plate at 37 degrees Celsius and 5% carbon dioxide for one hour to allow bacteria to attach to the cells. Then, carefully remove apical liquid with a pipette to restore ALI conditions.
Обзор
В данной статье представлена модель 3D-сокультивирования бронхиальных эпителиальных клеток и макрофагоподобных клеток на границе раздела фаз воздух-жидкость (ALI) для изучения взаимодействий между хозяином и патогеном, в частности, при инфекции Pseudomonas aeruginosa. Модель имитирует эпителиальный барьер дыхательных путей человека и позволяет проводить доклиническую оценку противоинфекционных стратегий путем наблюдения за целостностью эпителия, активацией иммунных клеток и механизмами элиминации патогена.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Биология клетки
- Иммунология
- Микробиология
- Исследования респираторной системы
Теоретическая база
- Эпителий дыхательных путей служит первичным барьером против респираторных патогенов.
- Макрофаги играют ключевую роль в системе врожденного иммунного ответа в легких.
- Традиционные модели монокультуры не обладают сложностью межклеточных взаимодействий, наблюдаемых in vivo.
- Системы 3D-сокультивирования на границе раздела фаз «воздух-жидкость» (ALI) более точно воспроизводят физиологические условия для исследований инфекций.
Цель исследования
- Создание физиологически релевантной модели in vitro для изучения инфекции P. aeruginosa.
- Исследование взаимодействия между клетками бронхиального эпителия и макрофагоподобными клетками в процессе инфекции.
- Оценка целостности эпителиального барьера и иммунного ответа при воздействии бактерий.
Используемые методы
- Культивирование бронхиальных эпителиальных клеток до достижения конфлюэнтности на мембранных вставках transwell.
- Посев макрофагоподобных клеток на нижнюю сторону мембраны для имитации барьера дыхательных путей.
- Добавление P. aeruginosa на апикальную (верхнюю) сторону эпителиального слоя.
- Инкубация для обеспечения прикрепления и колонизации бактерий.
- Создание интерфейса «воздух-жидкость» путем удаления апикальной жидкости при сохранении среды в нижнем отделе.
- Наблюдение за разрушением эпителия, высвобождением цитокинов, а также миграцией и фагоцитозом макрофагов.
Основные результаты
- Бактериальная инфекция нарушает плотные контакты эпителия, что приводит к повышению проницаемости.
- Инфицированные эпителиальные клетки высвобождают провоспалительные цитокины.
- Цитокины стимулируют миграцию макрофагоподобных клеток к эпителиальному слою.
- Макрофагоподобные клетки распознают и поглощают бактерии, моделируя процесс клиренса патогенов.
Выводы
- 3D-модель кокультивирования с интерфейсом «воздух-жидкость» (ALI) эффективно имитирует динамику инфекций дыхательных путей.
- Она позволяет детально изучать функцию эпителиального барьера и ответы иммунных клеток.
- Данная система представляет ценность для доклинической оценки противоинфекционной терапии, направленной на лечение инфекций дыхательных путей.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Создание модели 3D-сокультивирования на границе раздела фаз воздух-жидкость позволяет проводить прогностическую оценку взаимодействий между хозяином и патогеном в физиологически релевантном респираторном контексте. Данная система способствует механистическому снижению рисков при поиске противоинфекционных средств за счет моделирования нарушения эпителиального барьера и ответов иммунных клеток. Такой подход повышает трансляционную достоверность при доклинической оценке кандидатов в противоинфекционные препараты и при сортировке портфеля разработок.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать механизмы взаимодействия хозяина и патогена в контролируемой системе, релевантной данной патологии.
- Способствует снижению биологических рисков за счет моделирования целостности эпителиального барьера и иммунной активации.
- Облегчает функциональную валидацию мишеней для противоинфекционных стратегий, направленных на борьбу с инфекциями дыхательных путей.
Скрининг и разработка анализа
- Предоставляет валидированную платформу для совместного культивирования, позволяющую количественно оценить нарушение целостности эпителия и миграцию иммунных клеток.
- Обеспечивает воспроизводимое измерение высвобождения цитокинов и элиминации патогена в качестве конечных точек анализа.
- Поддерживает готовность к скринингу для оценки эффективности противоинфекционных соединений в сложном биологическом контексте.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует релевантным моделям заболеваний дыхательных путей для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации за счет моделирования ответов дыхательных путей человека.
- Снижает трансляционный риск, предоставляя прогностические данные о динамике эпителиальных и иммунных клеток.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данная модель совместного культивирования интегрируется в континуум от поиска до доклинических исследований в области разработки противоинфекционных средств, связывая ранние исследования механизмов с оценкой доклинических кандидатов.
- Поисковая биология: позволяет проверять гипотезы о функции эпителиального барьера и иммунном ответе на инфекцию.
- Скрининг: обеспечивает получение количественных, воспроизводимых результатов для оценки эффективности соединений.
- Аналитика: позволяет измерять целостность мембран, уровни цитокинов и фагоцитарную активность.
- Трансляционные исследования: предоставляет платформу для сопоставления биомаркеров и валидации в контексте соответствующих заболеваний.
- Корпоративное повторное использование: предлагает многократно используемую стандартизированную систему для оценки противоинфекционных средств в рамках различных программ.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: Повышает прогностическую уверенность при валидации мишеней и понимании механизмов инфекции.
- Операционная ценность: Стандартизирует рабочие процессы совместного культивирования для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости между проектами.
- Стратегическая ценность: Служит основой для принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и снижает биологические риски на поздних стадиях для портфелей противоинфекционных препаратов.
- Влияние на портфель: Обеспечивает приоритизацию кандидатов с учетом рисков на основе функциональных данных, имеющих значение для конкретного заболевания.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с методами культивирования эпителиальных клеток дыхательных путей и иммунных клеток.
- Необходим доступ к системам Transwell и аналитическим инструментам для оценки целостности барьера и измерения уровня цитокинов.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости настройки совместного культивирования и анализа результатов.
- Может потребоваться адаптация метода для различных комбинаций патогенов или типов клеток.
- Сложность модели может ограничить пропускную способность по сравнению с более простыми анализами монокультур.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Изучение микробных сообществ
Похожие видео
0 Просмотры
Метод совместного культуры расследовать перекрестных помех между рентгеновского облученных клеток Caco-2 и КСДОР
Похожие видео
0 Просмотры
Человеческого Colonoid монослои для изучения взаимодействия между патогенов, Комменсалами и принимающих кишечного эпителия
Похожие видео
0 Просмотры
Микрожидкостных сотрудничества культуре эпителиальных клеток и бактерий по расследованию Растворимый Сигнал-опосредованного взаимодействия
Похожие видео
0 Просмотры
Сотрудничество культуры Модели Синегнойной палочки Биопленки выращенных на живые человеческие клетки дыхательных путей
Похожие видео
0 Просмотры
Использование EpiAirway модель Характеризуя Долгосрочные хост-возбудителя Взаимодействия
Похожие видео
0 Просмотры
Создание жидкого покрытые культуры поляризованный человека эпителия дыхательных путей Calu-3 ячейки по изучению клетки-хозяина в ответ на возбудителей инфекций дыхательных путей
Похожие видео
0 Просмотры
Культивирование носа человека эпителиальных клеток в Военно-воздушной жидкость
Похожие видео
0 Просмотры
П. аэругиноза Зараженная 3D сокультура бронхиальных эпителиальных клеток и макрофагов при воздушно-жидком интерфейсе для доклинической оценки антиинфекционных элементов
Похожие видео
0 Просмотры
Микрофлюидные модели совместной культуры для анализа иммунного ответа в микроокружениях опухолей in vitro
Похожие видео
0 Просмотры
Последнее обновление: 29 августа 2026