Платформа SynVivo используется для создания человеческих дыхательных путей на чипе
Исследователи из Университета Алабамы, Бирмингем, сообщают об использовании платформы SynVivo для разработки модели дыхательных путей человека на чипе. В сочетании с новой микрооптической когерентной томографией (µOCT) эта модель позволяет проводить неинвазивную количественную визуализацию движения цилиарного тела. Визуализация включает частоту биений и мукоцилиарный транспорт.
"Преимущество данной микрофлюидной модели заключается в формировании полного просвета как для эпителия дыхательных путей, так и для прилегающего эндотелия. Это шаг вперед в развитии модели, которая воспроизводит как клеточную дифференциацию, так и организацию в трубчатые структуры, похожие на мелкие дыхательные пути и микрососуды", - сказала доктор Дженнифер Гимбелот, детский пульмонолог и доцент Школы медицины UAB.
Модель дыхательных путей была разработана с использованием совместной культуры первичных эпителиальных клеток и эндотелиальных клеток через воздушно-жидкостный интерфейс (ALI). Она была создана с использованием специализированного микрофлюидного чипа SynVivo, позволяющего проводить количественную визуализацию в режиме реального времени. Функциональность разработанной модели дыхательных путей на чипе была продемонстрирована путем мониторинга активных ресничек, клеток, продуцирующих слизь, и биомаркеров клеточной функции в физиологических условиях.
Проверка исследователей
По словам доктора Стивена Роу, профессора медицины и директора Исследовательского центра муковисцидоза имени Грегори Флеминга Джеймса: "Разработка новых инструментов, которые надлежащим образом моделируют интактный мукоцилиарный транспортный аппарат человека, является важным приоритетом и имеет значение для биологических исследований заболеваний дыхательных путей, включая муковисцидоз". Разработанная модель дыхательных путей представляет собой новый подход к персонализированной медицине и как прогностический инструмент для разработки лекарственных препаратов.
Сокультивированная микрофлюидная модель дыхательных путей, оптимизированная для микроскопии и визуализации с помощью микрооптической когерентной томографии Авторы: Zhongyu Liu, Stephen Mackay, Dylan M. Gordon, Justin D. Anderson, Dustin W. Haithcock, Charles J. Garson, Guillermo J. Tearney, George M. Solomon, Kapil Pant, Balabhaskar Prabhakarpandian, Steven M. Rowe, and Jennifer S. Guimbellot. Biomedical Optics Express Vol. 10, Issue 10, pp. 5414-5430 (2019)

Совместное культивирование эпителиальных и эндотелиальных клеток в микрофлюидном чипе. (a) и (b) Фазово-контрастное изображение конфлюентной совместной культуры в микрофлюидном чипе с эпителиальными клетками в центральном канале и эндотелиальными клетками в периферийных каналах. (c) Фазовый контраст верхней и нижней части канала, показывающий сливающиеся монослои в тканевом и сосудистом каналах. На этих изображениях видно слияние клеток как сверху, так и снизу центрального канала и одного бокового канала с центральным прозрачным просветом. (d) Поперечное, 3-D реконструированное конфокальное изображение ко-культивированного чипа, показывающее образование просвета во всех трех каналах (10X маг.). Взято из Liu et al 2019.

Иммунофлуоресценция дифференцированных эпителиальных и эндотелиальных клеток. (a) Экадгерин (зеленый), белок адгерина эпителиальных клеток. VE-Cadherin (красный), белок адгерина эндотелиальных клеток. (b) Окрашивание ZO-1 (красный) плотных стыков эпителиальных клеток в центральном канале и окрашивание VE-Cadherin (зеленый) в сосудистом канале. (c) Muc5ac (зеленый), окрашивание внутриклеточного муцина внутри эпителиальных клеток. (d) Реснитчатая эпителиальная клетка, указанная красной стрелкой.
Модель легких с малыми дыхательными путями демонстрирует образование слизи и окрашивание биомаркеров

A-C Конфлюентная ко-культура эндотелиальных и эпителиальных клеток легких после развития ALI, подчеркивающая образование слизи и окрашивание биомаркеров в эпителиальных клетках. D-E Окрашивание биомаркеров маркеров плотного соединения (VE-Cadherin и ZO-1) в эндотелиальных клетках.
Модель альвеолярного легкого: Варианты совместного и трехкультурного культивирования
Совместное культивирование с окрашиванием биомаркеров
Совместное культивирование с окрашиванием биомаркеров
|
Трехкультурное культивирование с эндотелиальными клетками легких, фибробластами, эпителиальными клетками
|

|

|
На верхнем изображении показано совместное культивирование эндотелиальных и эпителиальных клеток микрососудов легких в устройствах SynALI. Нижние изображения: Красный: Клетки I типа: Антитело HT_56. Зеленый: Клетки второго типа: антитело HT_280. Синий: Ядра
|
Фазовые изображения трехкультурного культивирования альвеолярной модели SynALI: Верхний канал: Эндотелиальные клетки микрососудов легких. Средний канал: Фибробласты легких. Нижний канал: Эпителиальные клетки легких.
|
Окрашивание биомаркеров
|
Долгосрочная трехкультурное культивирование и секреция слизи
|

|

|
Трехкультурное культивирование альвеолярной модели легкого, показывающая окрашивание биомаркеров - VE-Cadherin и Nuc Blue в эндотелиальных клетках легкого, поверхностный белок фибробластов легкого и Nuc Blue в среднем слое фибробластов и E-Cadherin и Nuc Blue в эпителиальных клетках (внизу).
|
Модель альвеолярного легкого: Левое изображение показывает культивирование с первой по шестую неделю. Справа показана секреция слизи.
|