$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Enfeksiyon bölgesinde organize hücre kümeleri oluşturma ve oluşturma yeteneği, insan TB 11'in ayırt edici özelliğidir. Tüberkül granülomları olarak bilinen bu dinamik yapılar, esas olarak bağışıklık hücrelerinden (makrofajlar, monositler, T hücreleri ve B hücreleri) ve M. tuberculosis'i çevreleyen çok çekirdekli dev hücrelerden oluşur. Granülomun rolünün uzun zamandır enfeksiyonu duvarla ördüğü ve bakterilerin lokal yayılmasını önlediği düşünülmektedir. Bununla birlikte, daha yeni çalışmalar, granülom oluşumunun erken bakteri sağkalımı, büyümesi ve yayılması için kritik olduğunu göstermektedir 12. Yeni çalışmaların bir stratejisi, granülom oluşumunda ve/veya TB yayılımında hücresel göçü inhibe etmek için verimli bir şekilde hedeflenebilecek molekülleri veya yolları belirlemektir.
Tüberküloz üzerine yeni çalışmalar için bir uyarı, insan tüberkülozunu özetleyen modellerin eksikliğidir. En yaygın kullanılan deney hayvanları, M. tuberculosis enfeksiyonu üzerine gerçek granülom oluşturmaz ve bu nedenle TB 13-16 çalışmaları için uygun seçimler değildir. İnsan olmayan primatlar, insan TB 17'ye en yakın benzerliğe sahiptir, ancak yüksek işletme maliyetleri ve etik sorunlar nedeniyle tercih edilen seçenek değildir. İnsan tüberkülozu karmaşık bir immünolojik süreçtir ve in vitro olarak modellenmesi zordur. Tek tabakalı veya ko-kültürlerin hücre kültürleri, 3B ortam ve doku tepkilerinden yoksundur. Bu nedenle, insan birincil bağışıklık hücrelerine ve insan akciğerine özgü hücre dizilerine 8,9 dayanan yenilikçi bir akciğer dokusu modeli geliştirdik. Model, eşit olarak entegre edilmiş makrofajlara sahip epitel, hücre dışı matris oluşumu, tabakalı epitel ve mukus salgısı 9 dahil olmak üzere insan akciğer dokusunun karakteristik özelliklerini gösterir.
3D insan akciğer dokusu modelinin, doku kültürü plakaları veya transwell ekleri üzerine ekilen in vitro tek veya ko-kültürlere göre çeşitli avantajları vardır. İlk olarak, insan akciğerine özgü hücreler (fibroblastlar ve epitel hücreleri) genellikle in vitro tek veya ko-kültürlere dahil edilmez. İkincisi, bağışıklık hücreleri ve akciğere özgü hücreler, 3 boyutlu fizyolojik bir bağlama (kolajen açısından zengin hücre dışı matris ürünleri) gömülüdür. Hücrelerin bir uyarana/enfeksiyona tepkisi ve hücrelerin göç davranışı, örneğin bir granülom oluşumu, 2D ve 3D ortam arasında önemli ölçüde farklılık gösterir. Ayrıca, açıklanan yöntem, mekansal dağılım ve karmaşık hücresel etkileşimler hakkında önemli bilgiler sağlayan 3D görselleştirmeyi ve sağlam 3D kantitatif analizi mümkün kılar.
Model dokuda M. tuberculosis ile deneysel enfeksiyon, erken TB granülomunu anımsatan enfeksiyon bölgesinde makrofajların kümelenmesiyle sonuçlandı (Şekil 2 ve 3). Yakın zamanda, virülans faktörü ESAT-6'yı veya ESAT-6'dan yoksun Mycobacterium bovis BCG'yi salgılama yeteneğinde kusurlu olan mutant suşların, virülan M. tuberculosis 9'un aksine, monositlerin kümelenmesini (erken granülom yok) indüklemediğini gösterdik. Bu veriler, şeffaflığı granülom oluşumunun 12 zarif bir şekilde canlı görüntülenmesine izin veren Mycobacterium marinum ile enfekte zebra balığı embriyolarından yapılan gözlemlerle tutarlıdır. TB için altın standart bir model olmadığından, yöntem 9'un doğrulanması için TB hastalarından cerrahi olarak rezeke edilen doku biyopsilerinden yararlandık. İn vitro doku modelimiz, granülomda makrofajların toplanması, hem hücre içi hem de hücre dışı bakterilerin varlığı 18 ve nekroz indüksiyonu 11 dahil olmak üzere TB hastalarından alınan akciğer ve lenf nodu biyopsileri ile çeşitli özellikleri paylaşır.
Tarif edilen modelin insan tüberkülozu ile fizyolojik ilişkisi olmasına ve diğer in vitro modellere göre çeşitli avantajları olmasına rağmen, bazı sınırlamaları vardır. Örneğin, insanlarda tanımlanan 20'den fazla kolajen proteininden, hücre dışı matrisi taklit etmek için modele yalnızca tip I dahil edilmiştir. Bununla birlikte, tip I kolajen, hücre dışı matris ürünlerinin karmaşık bir karışımıdır ve insan vücudunda en bol bulunan kolajendir. Ayrıca, doku modelinde epitel hücreleri ve fibroblastlar tarafından üretilen ve yeni kollajen 8 sentezini gösteren kollajen IV ve tropoelastin, vimentin ve laminin gibi birkaç hücre dışı matris proteininin varlığını gösterdik. Şu anda, akciğer dokusu modelinde akciğere özgü hücrelerin yanı sıra sadece monositler ve makrofajlar bulunmaktadır. Granülomda da bulunduğu bilinen nötrofiller ve lenfositlerden yoksundur. Dikkat çekici bir şekilde, model ek bağışıklık hücrelerinin eklenmesiyle sınırlı değildir ve bunların insan tüberkülozundaki karmaşık hücresel etkileşimlere nasıl katkıda bulunduğunu araştırmak ilgi çekicidir. Primer alveolar makrofajların, cilde özgü hücrelerin ve akciğer karsinom hücrelerinin implantasyonu modelde zaten test edilmiştir. Amacımız insan tüberkülozuna çok benzeyen bir model kullanmak olduğundan, fare hücrelerinin tanıtılması denenmemiştir.
Özetle, akciğer dokusu modelinin hem temel mekanik hem de uygulamalı çalışmalar için etkileri vardır. Akciğer modelinin potansiyel uygulamaları arasında doğuştan gelen bağışıklığın incelenmesi, fagozomal olgunlaşma, otofaji, sitokin, kemokin ve anti-mikrobiyal peptit üretimi gibi konakçı savunmalarının mekanik yönlerinin araştırılması ve bireysel hücre tiplerinin fonksiyonel karakterizasyonu yer alır. Çarpıcı bir şekilde, in vitro doku modeli, bir veya daha fazla hücre tipinin manipülasyonuna izin verir ve yalnızca TB çalışmaları için değil, aynı zamanda akciğerleri etkileyen çeşitli bulaşıcı ve bulaşıcı olmayan hastalıklar için de ilgili bir doku mikro ortamı sağlar.