Modèle d’alvéole sur puce immunocompétent pour l’étude des réponses immunitaires de la muqueuse alvéolaire

Hristina Koceva; Mona Amiratashani; Knut Rennert; Alexander S. Mosig

doi:10.3791/66602

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Article de méthode

Modèle d’alvéole sur puce immunocompétent pour l’étude des réponses immunitaires de la muqueuse alvéolaire

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DOI :

10.3791/66602

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31 mai 2024

Hristina Koceva¹ , Mona Amiratashani¹ , Knut Rennert² , Alexander S. Mosig¹^,³^,⁴

¹Institute of Biochemistry II, Jena University Hospital, ²Dynamic42 GmbH, ³Center for Sepsis Control and Care, Jena University Hospital, ⁴Jena School of Microbial Communication, Friedrich Schiller University Jena

Dans cet article

Résumé

Les modèles de poumons sur puce surpassent les cultures 2D traditionnelles en imitant l’interface air-liquide et la perfusion de cellules endothéliales, simulant le flux sanguin et l’échange de nutriments essentiels pour les études de physiologie pulmonaire. Cela renforce la pertinence de la recherche pulmonaire, en offrant un environnement dynamique et physiologiquement précis pour faire progresser la compréhension et le traitement des infections respiratoires.

Résumé

Nous présentons un modèle avancé de poumon sur puce immunocompétent conçu pour reproduire la structure et la fonction alvéolaires humaines. Ce modèle innovant utilise une biopuce perfusée microfluidique qui prend en charge une interface air-liquide imitant l’environnement dans les alvéoles humaines. L’ingénierie tissulaire est utilisée pour intégrer des composants cellulaires clés, notamment des cellules endothéliales, des macrophages et des cellules épithéliales, afin de créer un modèle tissulaire représentatif de l’alvéole. Le modèle facilite l’examen approfondi des réponses immunitaires de la muqueuse à divers agents pathogènes, notamment les virus, les bactéries et les champignons, faisant ainsi progresser notre compréhension de l’immunité pulmonaire. L’objectif principal de ce protocole est de fournir des détails pour établir ce modèle d’alvéole sur puce en tant que plate-forme in vitro robuste pour les études d’infection, permettant aux chercheurs d’observer et d’analyser de près les interactions complexes entre les agents pathogènes et le système immunitaire de l’hôte dans l’environnement pulmonaire. Ceci est réalisé grâce à l’application de techniques basées sur la microfluidique pour simuler les conditions physiologiques clés des alvéoles humaines, y compris le flux sanguin et la stimulation biomécanique des cellules endothéliales, tout en maintenant une interface air-liquide cruciale pour l’exposition réaliste des cellules épithéliales à l’air. Le système de modèle est compatible avec une gamme de tests standardisés, tels que la coloration par immunofluorescence, le profilage des cytokines et l’analyse des unités formant des colonies (UFC)/plaques, ce qui permet d’obtenir des informations complètes sur la dynamique immunitaire pendant l’infection. L’alvéole sur puce est composée de types de cellules essentiels, y compris les cellules épithéliales pulmonaires distales humaines (H441) et les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC) séparées par des membranes poreuses en polyéthylène téréphtalate (PET), avec des macrophages primaires dérivés de monocytes stratégiquement positionnés entre les couches épithéliales et endothéliales. Le modèle tissulaire améliore la capacité de disséquer et d’analyser les facteurs nuancés impliqués dans les réponses immunitaires pulmonaires in vitro. En tant qu’outil précieux, il devrait contribuer à l’avancement de la recherche sur les maladies pulmonaires, en fournissant un modèle in vitro plus précis et plus dynamique pour étudier la pathogenèse des infections respiratoires et tester des interventions thérapeutiques potentielles.

Introduction

Le poumon humain joue un rôle remarquable dans la respiration et la défense immunitaire, avec des interactions complexes entre les réponses immunitaires de la muqueuse alvéolaire¹. La capacité des alvéoles à créer une réponse immunitaire efficace est essentielle pour prévenir les infections pulmonaires et assurer la santé pulmonaire. Étant donné que les poumons sont constamment exposés à un large éventail de risques potentiels, notamment les bactéries, les virus, les champignons, les allergies et les particules, il est essentiel de comprendre les complexités des réponses immunitaires de la muqueuse alvéolaire pour découvrir les mécanismes à l’o....