人肺泡永生化细胞系用于芯片共培养
药物安全性和肺损伤研究需要可持续培养的肺泡模型。瑞士伯尔尼大学(University of Bern)及 AlveoliX 等团队在 Frontiers in Toxicology 报道,将人原代来源的永生化肺泡上皮细胞系 AXiAEC 接入呼吸肺芯片,检查细胞身份、屏障和刺激响应。
芯片包含超薄弹性膜,可在细胞两侧安排气体与培养液,并施加模拟呼吸的周期性机械拉伸。研究分别检查浸没培养、气液界面(air–liquid interface,ALI)与机械作用,进一步加入人肺微血管内皮细胞和外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs),评价炎症时的多细胞响应。
起始细胞以肺泡 I 型样特征为主。细胞在芯片上培养 7 天后,可检测到上皮标志、I 型相关 HOPX 和 HTI-56,以及 II 型相关 SP-C 和 ABCA3。模型因此检查的是可扩增细胞在芯片环境中呈现的肺泡特征。
25 天培养中,屏障约在第 14–16 天达到阈值
团队用跨屏障电阻(transbarrier electrical resistance,TER)跟踪培养状态,并把 1000 Ω·cm² 设为该模型的紧密屏障判断阈值。浸没培养约在第 14—16 天达到这一阈值,报告的最大值约为 3000±500 Ω·cm²;气液界面条件也形成屏障,最大值约为 2300±800 Ω·cm²。
两组均观察到第 25 天。浸没培养包含 3 次实验共 10 个孔,气液界面包含 3 次实验共 9 个孔;这些是装置实验与孔的重复。组织染色还显示,连接蛋白 ZO-1 沿细胞边界分布,为电阻结果提供结构信息。
在第 25 天,气液界面条件的 AQP5、ABCA3 和 SFTPC 表达高于浸没参照。部分细胞还共同表达 HTII-280 和 ABCA3。研究由这些标志比较不同环境下的肺泡特征,电阻与表达分别用于判断屏障和细胞状态。该组基因表达比较来自 1 次实验(N=1,n=3);按原文定义,基因分析样本合并 3–4 个孔。

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呼吸样拉伸改变部分基因,另一些未显著变化
在浸没培养条件下,机械实验从第 5 天开始施加 10% 线性应变、0.2 Hz 的周期性拉伸,持续至第 20 天,并在同一装置中设置静态对照。拉伸组的肌动蛋白纤维染色更强,部分上皮及肺泡标志表达也提高。
AQP5 与 SFTPC 表达显著升高,MUC1 也上升;ZO-1、CAV1 及 HHIP 则未显示显著差异。
促纤维化与炎症挑战检验模型的损伤响应
模型形成屏障后,研究加入促纤维化因子 TGFβ1,观察 72 小时后的变化。跨屏障电阻随处理下降,上皮标志 CDH1 降低,ACTA2 和 COL1A1 升高,表现出与上皮间质转化相关的改变。
炎症评价进一步采用上皮与内皮共培养,并加入外周血单个核细胞,以脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)作为非感染性炎症刺激。72 小时后,模型电阻下降,培养液中的 IL-8 增加;未处理对照用于比较屏障和分泌变化。
作者把持续屏障、肺泡标志及两类挑战响应作为模型用于药物安全性、毒性和机制研究的基础。后续促纤维化研究还可加入肺成纤维细胞,以观察更多组织组分参与时的反应。本次完成的是这些模型特征和损伤响应的检查。