Моделирование муковисцидоза лёгких с помощью модели дыхательных путей человека на чипе

Введение: Муковисцидоз (МВ) — генетическое заболевание, обусловленное мутациями в гене, кодирующем трансмембранный регулятор муковисцидоза (CFTR). Они приводят к нарушению мукоцилиарного клиренса дыхательных путей, воспалению, инфекции и дыхательной недостаточности. Разработку новых методов лечения МВ ограничивает отсутствие надёжных доклинических моделей, воспроизводящих структурные, иммунологические и биоэлектрические особенности лёгких человека при этом заболевании.

Методы: С помощью технологии «орган-на-чипе» разработали микрофлюидное устройство, выстланное первичными бронхиальными эпителиальными клетками человека с МВ, выращенными на границе раздела воздуха и жидкости, и клетками эндотелия лёгочных микрососудов. Устройство подвергали воздействию потока жидкости; его обозначили как чип дыхательных путей при муковисцидозе (CF Airway Chip). Реакции чипов с эпителием при МВ и здоровым эпителием оценивали в присутствии или отсутствие полиморфноядерных лейкоцитов (ПМЯЛ) и бактериального возбудителя Pseudomonas aeruginosa.

Результаты: Чип с эпителием при МВ воспроизводил многие особенности дыхательных путей человека при этом заболевании: по сравнению с чипами, выстланными здоровым бронхиальным эпителием, в нём накапливалось больше слизи, была выше плотность ресничек и частота их биения. Чипы при МВ также выделяли больше ИЛ-8; это сопровождалось усилением адгезии ПМЯЛ к эндотелию и их миграции в отделение, моделирующее дыхательные пути. Кроме того, чипы при МВ создавали более благоприятную среду для роста Pseudomonas aeruginosa, что усиливало выделение провоспалительных цитокинов и привлечение ПМЯЛ в дыхательные пути.

Выводы: Чип дыхательных путей человека при МВ может служить ценным доклиническим инструментом для изучения патофизиологии, тестирования лекарственных препаратов и персонализированной медицины.