RHE'ler farmasötik ve dermato-kozmetik alanlarında tarama aracı olarak yaygın olarak kullanılmaktadır36,75,76,77,78. Birkaç şirket bu tür RHE'leri ticari olarak kullanılabilir hale getirmiş olsa da, maliyetli kalır ve yeni araştırma sorularını ele almak için gerektiği gibi yetiştirme parametrelerini değiştirme olasılığını sınırlar. Bu makale, şirket içi RHE'lerin üretim prosedürünü sağlam ve güvenilir bir şekilde açıklar ve modelin hayvan testlerine alternatif bir yaklaşım olarak alaka düzeyini doğrulamak için elde edilen dokuların ayrıntılı bir karakterizasyonunu sağlar.
Protokoldeki bazı adımlar, uygun keratinosit farklılaşması ve RhE tekrarlanabilirliğini sağlamak için çok önemlidir. Bu, en uygun hücreler, orta tipler ve yetiştirme koşulları kullanılarak gerçekleştirilebilir. Önerilen RhE modelinde, yenidoğan NHEK'ler, yetişkin NHEK'lere kıyasla antijenik maruziyet eksikliği nedeniyle seçildi. Ayrıca, keratinositler türler arası değişkenliği önlemek için Kafkas etnik kökeni ile sınırlıydı. Birincil keratinositler genellikle ayırt etme ve tabakalama yetenekleri için kullanılır79. Ticari olarak veya yetişkin ciltlerinden kurum içi izolasyonla elde edilebilirler.80. Polikarbonat bir membran üzerinde bir hücre hattının (yani HaCaT) yetiştirilmesi, farklılaşmanın başarısız olduğunu göstermiş ve bariyer oluşumu için gerekli olan lipitleri sentezleme kapasitesinin bozulmuş olduğunu göstermiştir.81. Bununla birlikte, hidrojeller, kollajen, fibrin ve küresel kültürler gibi farklı kültür matrislerinin dahil edilmesi, 3D cilt modellerinin başarılı bir şekilde gelişmesine neden oldu.78,82,83,84,85,86. Ölümsüzleştirilmiş hücre hatları, N/TERT, RHE'lerin geliştirilmesi için uygun olduğu gösterilmiştir.35. Birincil keratinositler dördüncü veya beşinci pasajlarında proliferatif kalır61bu nedenle, geçerli protokol keratinositlerin üçüncü pasajlarında kullanılmasını içerir. De Vuyst ve ark. hücre tohumlama yoğunluğunun önemli olduğunu ve yeterli olması gerektiğini göstermiştir (yani, ≥ 2.5x105 hücreler/cm2) bazolateral bölmedeki ortamın apikal bölmeye yayılmasına dikkat etmek için. Yetersiz tohumlama yoğunluğu (yani, < 2.5x105 hücreler/cm2) ortamın bazolateralden apikal bölmeye yayılmasıyla belirtilen uygun bir bariyerin oluşturulamamasına neden olabilir ve bu da ALI kültür koşulları yerine su altında kalmasına neden olabilir62. Serumsuz keratinosit büyüme ortamı (bkz. Malzeme Masası) kimyasal olarak tanımlanmış bir ortamla çalışma avantajı sunduğu ve kontaminasyon riskini azalttığı için tekrarlanabilirlik amacıyla tercih edildi. Bu ortam daha düşük kalsiyum konsantrasyonuna (yani 60 μM) sahiptir ve bu nedenle keratinositlerin çoğalmasını uyarır87. RhE ekiminin ilk adımından itibaren kalsiyum konsantrasyonunun (yani 1,5 mM) artırılması, keratinosit farklılaşması ve cilt bariyeri oluşumu ve homeostazını tercih eder49. Ek olarak, ALI ortamı, SC lipitlerinin oluşumu ve farklılaşmayı teşvik etmek için çok önemli olduğu gösterilen askorbik asit ile desteklenmiştir.52,53,54. ALI ortamı ayrıca, keratinosit transmembran reseptörlerine bağlanabilen fibroblastlar tarafından salgılanan bir büyüme faktörü olan kgf içerir ve aktivasyon üzerine farklılaşma ve yara onarımında çift role sahiptir.55,88. RHE'lere sürekli taze besin sağlamak için ALI ortamını belirli zaman aralıklarında yenilemek önemlidir. Taşıyıcı plaka sisteminin kullanımı, RhE yetiştiriciliği için daha büyük ölçekte (yani 24 kesici uç/ plaka) çok önemlidir. Zamandan tasarruf etme avantajı sunar, kontaminasyon riskini azaltır ve insan hatalarının ortaya konması için daha az yer bırakır. Ayrıca, RHE'leri yüksek miktarda medyada (yani 1,5 mL) kültürleme olanağı sağlar ve bu da gerekli ALI ortam yenileme sayısını azaltır. Ek olarak, tam bir plaka kesici ucu taze ortama sahip bir tabağa aktarma imkanı sunarak kesici uçlarla tek tek temastan kaçınır veya plaka kapağını ortaya çıkarır.
RhE modelinin belirtilmesi gereken birkaç sınırlaması vardır. Yerli insan derisinde bazal tabakadaki keratinositlerin çoğalması ile SC'deki korneositlerin kopması (yani, desquamasyon) arasında bir denge vardır.89. Ancak, in vitro, desquamation gerçekleşmez. Bu nedenle, korneositler RhE'ye bağlı kalır ve fizyolojik olarak daha az alakalı kalın bir SC oluşturur. Bu nedenle, RHE'lerin sınırlı bir ekim süresi vardır. Ayrıca, bu RhE modeli basit ve basittir, çünkü tekil bir hücre tipinden, yani epidermisin en bol hücre türü olan keratinositten oluşur. Bununla birlikte, epidermisin içinde melanositler, dendritik hücreler (örneğin Langerhans hücreleri), T hücreleri (örneğin, CD8) gibi başka hücre tipleri de vardır.+ hücreler) ve Merkel hücreleri13. Cilt modelinin fizyolojik alaka düzeyini artırmak için araştırmacılar melanositler ekleyerek cilt modellerini daha karmaşık hale getirmişlerdir.38 , bağışıklık hücreleri39veya hasta türevi hücreler90. İnsan derisi modellerinin bariyer özelliklerinin, özellikle farklı bir SC lipid bileşimi ve daha yüksek bariyer geçirgenliği nedeniyle, yerli insan cildine kıyasla farklı olduğunu akılda tutmak gerekir. 91,92,93,94,95. Bununla birlikte, çeşitli çalışmalar hipoksi altında ekim yoluyla insan derisi modellerinin bariyer özelliklerinde değişiklikler bildirmektedir.96 veya bağıl nemin azalması97, dermal matrisin chitosan ile modülasyonu98ve kültür ortamında serbest yağ asitlerinde değişiklik99. Ayrıca, hem basit hem de daha karmaşık RHE'lerde, kültür koşulları ve orta kompozisyon patolojik özellikleri taklit etmek için modüle edilebilir. Modele sitokinlerle meydan okuyarak, anormal bir morfoloji100 ve tipik olarak atopik dermatit ve sedef hastalığı gibi yaygın cilt bozukluklarında gözlenen gen ve protein ekspresyon düzeylerinde değişiklikler tespit edilebilir.35,101,102,103,104,105. 3D modelin rekonsiyel sürecini başlatmadan önce keratinositlerdeki spesifik genlerin susturulması, cilt bozukluklarının özelliklerini taklit etmek ve yeni terapötik çözümleri araştırmak için kullanılan bir başka yaklaşımdır.106,107. Sadece epidermal bir tabakayı modellemenin yanı sıra, RhE rekonsesi öncesinde fibroblastlar bir kollajen matrisine katıştırılarak modele bir dermal bölme (yani, insan derisi eşdeğerleri veya tam kalınlıklı modeller olarak adlandırılır) dahil edilebilir, bu da onu fizyolojik olarak daha alakalı ve yaşlanma ve yara iyileşmesi ile ilgili çalışmalar için uygun hale getirir.108,109,110. Ek olarak, melanom ilerlemesini incelemek için insan derisi eşdeğerlerine tümör sferoidleri eklenmiştir.111,112. Cilt modelleri alanındaki en son gelişmeler biyo-baskı ve çip üzerinde cilttir. Son zamanlarda (perfusable) biyo-baskılı cilt eşdeğerlerinin geliştirilmesinde birden fazla araştırma grubu başarılı oldu45,113,114. Önerilen protokol, 24 kuyulu bir formattan ve bir taşıyıcı plakadan yararlanarak, kesici uçların ayrı ayrı işlenmesini önler. Bununla birlikte, çalışma ölçeği hala oldukça sınırlıdır ve otomasyondan yoksundur. Biyo-baskı veya çip üzerinde cilt kullanımı uygulanarak, daha küçük cilt modelleri daha otomatik süreçlerle ve daha büyük ölçekte kullanılabilir.
Bu protokolde açıklanan RhE, zaten geliştirilmiş ve iyi karakterize edilmiş ticari epidermal modellere birden fazla benzerlik sürmüştir. Morfolojik analiz, önerilen RhE modelinde uygulanabilir katmanların sayısının yerli insan derisine kıyasla daha düşük olmasına rağmen (yani, 7-14'e kıyasla 6-7), EpiDerm RhE modelinin (yani 8-12)70ile karşılaştırılabilir olduğunu göstermiştir. EpiDerm, EpiSkin ve SkinEthic modellerine benzer şekilde, üst RhE katmanı yoğun paketlenmiş korneosit katmanlarının sepet örgü desenini gösterir28. Ayrıca, TEM analizi, önerilen RhE modelinde (yani 15-25) SC katmanlarının sayısının EpiDerm (yani 16-25)70ile karşılaştırılabilir olduğunu ortaya koydu. Genel olarak, önerilen RhE modeli, yerli insan epidermisini taklit eden diğer ticarileştirilmiş epidermal modellerle benzer bir yapı göstermektedir. TEER tarafından ölçülen doku bütünlüğü ticari RhE modelleri (yani, 3000-5600 Ω.cm2)71,72,73ve diğer şirket içi RhE'ler (yani, yaklaşık 5000 Ω.cm2)74,115ile arasındadır. Önerilen RhE modeli, farklılaşma ve doku yapışma belirteçlerinin varlığı ve doğru lokalizasyonu ile belirtildiği gibi iyi ayırt edildiğini göstermektedir. Ayrıca, önerilen RhE modeli proinflamatuar uyaranlara (lps ve TNF-α) duyarlı olduğunu göstermektedir.
Sonuç olarak, mevcut protokol, hem akademik hem de özel kurumlardaki araştırmacıların ihtiyaçlarını karşılamak için RHE'lerin güvenilir bir şekilde ve nispeten büyük ölçekte nasıl üretılacağını göstermektedir. Önerilen RhE modeli, mevcut diğer ticari modellere benzer morfolojiye, epidermal farklılaşmaya ve biyolojik yanıt vermeye sahip olduğunu göstermektedir. İlgili bir cilt modeline erişim gerektiğinde hem farmasötik hem de dermato-kozmetik alanı için alternatif bir araç sağlar.