フル厚みの 3D in vitro 結膜モデルにより杯細胞の分化が可能

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12261 (2023) この記事を引用

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高度に特殊化された杯細胞のインビトロ培養と生成は、結膜 3D インビトロ相当物において依然として大きな課題です。 粘液分泌杯細胞を含むすべての生理学的因子を含むモデルは、結膜疾患の研究のための新しいプラットフォームとして機能する可能性があります。 我々はヒト生検材料から初代結膜上皮細胞と線維芽細胞を単離しました。 3D モデルは、上皮層、または結合組織相当物との組み合わせのいずれかから生成されました。 上皮モデルのマーカー発現とバリア機能を調査しました。 全層モデルは、免疫蛍光および定量的リアルタイム PCR によって杯細胞の形態とマーカー発現について分析されました。 気液界面で培養した単純な上皮モデルでは、病的な角化を伴い杯細胞形成のない重層多層上皮が示されました。 全層モデルを生成するための結合組織同等物との組み合わせにより、非角化重層多層上皮の形成がもたらされ、杯細胞の分化が誘導された。 私たちのモデルでは、結合組織同等物としてコラーゲンヒドロゲルに埋め込まれた線維芽細胞と結膜上皮細胞の組み合わせによって、天然の結膜との高い類似性が達成されました。 将来的には、当社の結膜 in vitro 同等物により、杯細胞の分化、結膜の病状、薬物検査の研究が可能になります。

結膜は、滑らかな粘液を分泌することによって眼表面の涙液層に寄与しています1,2。 結膜の重要な機能は、機械的および病原性の影響から保護することと、IgE および好酸球によって調節される粘液生成によって有害物質やアレルゲンに反応する能力です3。 このメカニズムを通じて、結膜は眼表面の特権的な免疫システムに貢献します。 湿度の変動、ドライアイ疾患、アレルゲン、感染症、スティーブンス・ジョンソン症候群や粘膜類天疱瘡などの自己免疫反応などの悪影響は、結膜破壊を引き起こし、最終的には失明する可能性があります4,5。

2 ～ 9 層の重層扁平上皮細胞および円柱細胞の非角化上皮には、高度に特殊化された杯細胞が点在しています。 分泌されたムチンは涙液の膜に寄与し、滑らかな目の表面を確保します。 杯細胞の内部の高い割合は粘液を含む小胞で満たされており、細胞の核はその基底側に位置しています6。 一般に、ムチンは組織依存性があり、膜結合ムチンと分泌ムチンの 2 つのクラスに分類されます。 結膜上皮に関しては、膜関連ムチン MUC1、MUC4、および MUC16、ならびに分泌型ゲル形成ムチン MUC5AC および分泌型可溶性 MUC7 が同定されています 1,7。 結膜杯細胞は主に MUC5AC を発現し、程度は低いですが MUC161、8、9 を発現します。 結膜炎、ドライアイ、翼状片線維芽細胞遊走、線維症、および薬物送達に対処する 2D および 3D 培養を使用した結膜 in vitro 検査システムが近年開発され、重要な情報を提供しています 10、11、12、13。 結膜構造全体を構成する複雑な 3D モデルがさまざまな著者によって開発されており、そのモデルでは結合組織同等物がその上で上皮細胞を培養するための足場として使用されています。 これらの研究では、コラーゲン I、フィブリン、または脱細胞化結膜から作られた足場が使用されましたが、コラーゲン I およびフィブリンのマトリックスには間質細胞が含まれていました 14、15、16。 これらのモデルは、分化、炎症研究、臨床目的を含む結膜研究の特定の問題に対処することができました。 これらのモデルでは粘液は ELISA およびアルシアンブルー/PAS 染色によって検出できますが、外植片培養の標準化は困難であり、in vitro で生成された結膜モデルは、すべてではなく一部の特性を示します。 したがって、多層の重層上皮と杯細胞、およびカップ状構造内部の特異的な MUC5AC 染色を組み合わせたモデルが依然として必要とされています。 さらに、これらの特殊な杯細胞の培養は、その発生における重要な要素が欠落しているか未知であるため、依然として大きな課題となっています6。