Aufbau, Optimierung und Charakterisierung eines 3D-humanen Atemwegmodells als Infektionsmodell

Abstract

Der Aufbau von in vitro-Atemwegsmodellen wird sowohl für pathomechanistische Analysen von Atemwegserkrankungen als auch für die Tierversuchs-freie Testung neuer Wirkstoffe immer wichtiger. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 3D-humane Atemwegsmodelle aufgebaut. Primäre, humane Bronchialepithelzellen und Fibroblasten wurden aus Bronchusgewebe isoliert und die Epithelzellen in zwei verschiedenen Medien (AECG oder PC Ex+) kultiviert und mittels Immunfluoreszenz charakterisiert. Zum Aufbau der 3D-Modelle wurden die Epithelzellen auf einer biologischen Kollagenmatrix mit Fibroblasten unter Air-Lift- Bedingungen und in zwei verschiedenen Kulturmedien (AECG oder PC ALI) über 21 Tage kultiviert. Die 3D-Modelle wurden mittels Histologie, Immunfluoreszenzfärbung und TEER- Messungen charakterisiert. Kinozilien wurden durch Western Blots und durch Mikroskopie mit einer Hochgeschwindigkeitskamera charakterisiert. In 2D-Kulturen mit PC ALI wurden vermehrt Ki-67-positive Zellen und eine geringere Anzahl an KRT-14-positiven Zellen festgestellt. In 3D-Modellen führte die Kultivierung mit AECG zu einem hypertrophen Epithelgewebe. Die mit PC ALI kultivierten Modelle entwickelten ein differenziertes Bronchialepithel mit einer höheren Muc5B/AC-Sekretion. TEER-Messungen bestätigten eine stabile Epithelbarriere mit PC ALI. Western Blots zeigten mehr acetyliertes α-Tubulin (Zilienkomponente) mit PC ALI, jedoch bei beiden Medienansätzen eine physiologische Zilienschlagfrequenz. Die mit PC ALI-Medium kultivierten 3D-humanen Atemwegsmodelle zeigten eine hohe in vivo/in vitro-Korrelation. Sie schließen eine translationale Lücke zwischen 2D-Kulturen bzw. Modellen mit geringer Komplexität und Tierversuchen.