Kistik fibrozis (CF), akciğerlerden kalın mukusu temizleyememe ile karakterize genetik bir hastalıktır ve sıklıkla akciğer nakli veya ölüm ihtiyacı ile sonuçlanan tekrarlayan enfeksiyonlara ve ilerleyici akciğer fonksiyon düşüşüne yol açar. Kistik fibrozis (pwCF) olan kişilerin hava yolu mikrobiyomu hastalık aktivitesini izler1, olumsuz uzun vadeli sonuçlarla ilişkili mikrobiyal çeşitlilikte bir azalmaile 2,3. PwCF'nin klinik çalışmalarında, ek oksijen tedavisi daha ileri hastalık4,5ile ilişkilendirilmiştir , geleneksel olarak, oksijen tedavisinin kullanımı sadece hastalık şiddeti için bir belirteç olarak açılmıştır6. Solunum yetmezliği olan hastaların klinik çalışmalarından elde edilen son çalışmalar, daha yüksek hasta oksijen seviyelerinin paradoksal olarak ciddi bakteriyel enfeksiyonlardaki artış ve daha yüksek mortalite7ile ilişkili olduğunu göstermiştir Ek oksijenin hastalık patogenezine katkıda bulunabileceğini düşündürmektedir. Ek oksijenin kistik fibrozis akciğer mikrobiyomu ve ilişkili akciğer ve hava yolu mikrobiyal toplulukları üzerindeki etkisi iyi incelenmemiştir.
Mekanistik çalışmalar genellikle lojistik zorluklar ve bilinmeyen tıbbi fayda veya zarar müdahaleleriyle ilişkili potansiyel etik sorunlar nedeniyle doğrudan insan denekler üzerinde yapılamamaktadır. İnsan biyospepsimenlerini model sistemlerine entegre eden çeviri yaklaşımları bu durumlarda önemli biyolojik içgörüler sunabilir. Oksijen kullanma veya tolere etme yeteneği geleneksel olarak mikrobiyal sınıflandırmanın önemli bir bileşeni olsa da, ek oksijenin çevreye terapötik olarak tanıtılmasının hava yolu mikrobiyal topluluklarını nasıl bozabileceği hakkında çok az şey bilinmektedir. Ek oksijenin pwCF'nin hava yolu mikrobiyomları üzerindeki bilinmeyen etkilerine ışık tutmak için iki büyük zorluğu ele almamız gerekiyordu; birincisi, fizyolojik olarak CF balgamının bileşimine yakın bir kültür ortamının oluşturulması; ikinci olarak, kültürdeki yüksek oksijen konsantrasyonlarının uzun süreler boyunca korunmasına izin veren bir model sisteminin oluşturulması.
Yapay balgam ortamı (ASM), akciğer balgam ex vivo8 , 9,10' u taklit etmek için yaygın olarak kullanılır, ancak belirli bir tarif üzerinde net bir fikir birliği yoktur. Bu protokol, pwCF'den fizyolojik olarak balgam hakkında dikkatlice tasarlanmış yapay bir balgam ortamı tarifi ve hazırlama stratejisini açıklar. Tablo 1, yayınlanan literatüre göre seçilen tarif değerlerini özetlemektedir. Temel kimyasal bileşenler ve pH, insan CF balgam11 , 12,13çalışmaları ile tanımlanan değerlerle eşleştirildi. Düşük konsantrasyonda fizyolojik besinler, son hacim10'un%0.25'i olarak dahil edilen yumurta sarısı kullanılarak eklenmiştir vitamin ve eser metal karışımları14,15. Balgam16'nınanahtar bileşeni olan Mucin, %1 w/v14'te dahil edildi. Daha emek yoğun olmasına rağmen, temel ortam bileşenlerinin ısı kaynaklı denatürasyonundan kaynaklanan potansiyel sorunları azaltmak için daha geleneksel ısı sterilizasyonu uygulaması yerine filtre sterilizasyonu seçilmiştir10. Filtre sterilizasyonunun ek bir yararı, şeffaf ortamlar üretmesidir (ısı sterilizasyonu, tuzların ve proteinlerin yağması ve pıhtılaşması nedeniyle bulanık ortam oluşturabilir), bu yapay balgam ortamlarının bulanıklıktaki artışlara dayalı mikrobiyal büyümeyi takip etmek için kullanılmasına izin verir.
Hiperoksik kültür için bu model sistemi, pwCF için ek oksijen kullanımının etkisi için bir model oluşturarak oksijenin çıkarılması yerine eklendiği anaerobik kültleme tekniklerine dayanmaktadır. Şekil 1 ve ilgili oksijen sparging protokolü, genel laboratuvar ve hastane tedarikçilerinden düşük maliyetle elde edilebilen bir oksijen sıçrama sisteminin bileşenlerini özetlemektedir. Bu sistem basınçlı oksijen ve havanın %21-%100 oksijen arasında değişen sabit konsantrasyonlara karıştırılmasını sağlar. Bir oksijen sensörünün entegrasyonu, çıkış gazı karışımının konsantrasyonunun doğrulanmasının yanı sıra, oksijen koşullarının istenen aralıkta korunduğunu doğrulamak için daha önce sıçramış serum şişelerinin çıkış gazı bileşimini kontrol etmeyi sağlar.
Bu protokol, yapay bir balgam ortamı oluşturma prosedürlerini, bir oksijen sıçrama sisteminin inşasını ve kullanımını ve her ikisinin de diferansiyel oksijen koşulları altında kültür CF balgamının uygulanmasını özetlemektedir.