Astım, kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) ve kistik fibroz gibi kronik solunum yolu hastalıkları, dünya çapında başlıca sağlık sorunlarından bazılarıdır1. İnsan gribi A virüsü, respiratuar sinsityal virüs (RSV) ve şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) gibi virüslerin neden olduğu solunum yolu hastalıklarının yaygınlığı da ekonomik ve halk sağlığı yüküneneden olmaktadır 2. Bu nedenle, geri dönüşü olmayan solunum dokusu hasarına yol açan solunum yolu hastalıkları için tedavi rejimlerinin geliştirilmesine büyük ihtiyaç vardır. Solunum epitel dokusunun kendisi sadece oksijen alımında rol oynamakla kalmaz, aynı zamanda vücudu istilacı patojenlerden ve tehlikeli kimyasallardan korumak için bir bariyer sağlar3. Solunum epiteli, üç ana hücre tipinden oluşan karmaşık bir hücresel organizasyona sahiptir: kirpikli hücreler, goblet hücreleri ve bazal hücreler. Son zamanlarda, hava yolu epiteli4'te yeni fakat nadir iyonosit hücrelerinin varlığı hakkında bir rapor yayınlanmıştır. Karmaşık doku, antimikrobiyal peptitlerin salgılanması, adaptif bir bağışıklık tepkisini aktive etmek için sitokin salınımı ve mukosiliyer klerens5 gibi doğuştan gelen bağışıklık tepkileri sağlamak için koordineli bir şekilde işlev görür. Uygun bir hava yolu modelinin olmaması, solunum yolu enfeksiyonlarının incelenmesinin ve tedavilerin geliştirilmesinin önündeki engellerden biridir.
Hava-sıvı arayüzü (ALI) modeli, solunum yolu hastalıkları üzerine araştırmalar için önemli bir araç haline geliyor6. Etkili bir in vitro akciğer hava yolu modelidir, çünkü birincil akciğer hava yolu hücreleri, genellikle hava yolunun apikal tarafında bulunan en az üç tip hücreden oluşan psödostratifiye bir hava yolu epiteline farklılaşır. İlk olarak, siliyer hücreler hava yolunun apikal tarafının çoğunu kaplar ve mukosiliyer klerense katkıda bulunur. İkincisi, goblet hücreleri mukus üretir ve hava yolunun apikal tarafında siliyer hücrelerle birlikte bulunan en büyük hücrelerdir. Üçüncüsü, bazal hücreler hava yolunun bazal tabakasında bulunur ve farklı epitel hücrelerine farklılaşan progenitör hücrelerdir 5,7. İyonositler ve tutam hücreleri hava yolu epitelinde nadir olmakla birlikte, siliyer fonksiyon ve membran geçirgenliğinde de rol oynayabilirler4. Bu teknik, in vivo akciğer ortamını taklit etmeyen geleneksel batık hücre kültüründen farklıdır. ALI, sağlıklı insanlardan, astımlı hastalardan ve KOAH'lı hastalardan elde edilen primer epitel hücrelerinden üretildiğinden, enfeksiyon ve hastalık patofizyolojisine verilen yanıtları incelemek için daha çeşitli bir platform sunar.
ALI tarafından geliştirilen kültürlerin sağlık değerlendirmesi, kültürlenmiş hücrelerin canlılığını, işlevselliğini ve fizyolojik uygunluğunu sağlayarak izlenmesi gereken önemli bir husustur. ALI kültürlerinin bütünlüğüne, güvenilirliğine ve tekrarlanabilirliğine olan güveni artırır. Daha önce yayınlandığı gibi, grubumuz iki biyofiziksel parametreyi değerlendirerek ALI kültür bütünlüğünü değerlendirmektedir: siliyer atım frekansını (CBF) ölçerek siliyer fonksiyon ve transepitelyal elektrik direncini (TEER) belirleyerek epitel bariyer bütünlüğünü değerlendirmektedir6,7,8. Mukosiliyer klerens (MCC), siliyer hücreler tarafından taşınan hava yolu epitelinin önemli özelliklerinden biridir. Kirpikli hücrelerin yüzeyindeki kirpikler adı verilen özel organeller, hava yolu epitelinin mukoza tabakasına sıkışmış enfeksiyonların ve solunan parçacıkların hava yollarını temizlemek için metakronal dalgalar halinde atar. Etkili MCC tamamen uygun siliyer aktiviteyebağlıdır 9. İyi bir CBF, sağlıklı, sağlam bir hava yolu epitelinin göstergesidir; bu nedenle, ALI kültürleri için CBF'nin izlenmesi, epitelin bütünlüğü hakkında değerli bilgiler sağlar10. CBF'yi ölçmenin birden fazla yolu olmasına rağmen, örneğin, yüksek hızlı video mikroskobu11 ve faz çözümlü Doppler optik koherens tomografi12, her yöntem teknik uzmanlık ve özel ekipman gerektirir. Bu protokolde, diferansiye hava yolu epitelinin CBF'sini ölçmek için daha kolay ve daha az teknik bir yol sunuyoruz. Ayrıca, epitel dokularının bütünlüğünü ve bariyer fonksiyonunu gösteren aynı epitelin TEER'sini ölçmek için bir yöntem tanımladık13.