Air Liquid Interface-Kulturen von menschlichem primärem distalem Atemwegsepithel für die In-vitro-Modellierung von SARS-CoV-2-Infektionen
Projektleiterin: Dr. Ruth Olmer
Schlüsselbereich
- Pathophysiologie: Immunmodulation und -kontrolle
Wer war beteiligt?
- Dr. Ruth Olmer (Projektleiterin, MHH)
- Prof. Dr. Ulrich Martin (MHH)
- Prof. Dr. Gisa Gerold (TiHo)
Was war das Ziel?
Eine Infektion mit SARS-CoV-2 erfolgt nicht nur im oberen Rachen- und Nasentrakt, in der Luftröhre und den Bronchien, sondern auch im Alveolarepithel. Daher sind organotypische in vitro-Modelle, die das distale Lungenkompartiment widerspiegeln, dringend erforderlich. Ziele des Projektes sind daher: 1. Etablierung der Isolierung und Expansion distaler Epithelzellen aus menschlichen Lungenexplantaten. 2. Reifung expandierter distaler Epithelzellen und Differenzierung zu AT1-Zellen in Air-Liquid-Interface-Kulturen als in vitro-Modell für SARS-CoV-2-Infektionen.
Das wurde erreicht:
Eine Infektion mit SARS-CoV2 erfolgt nicht nur im oberen Rachen- und Nasentrakt, in der Luftröhre und den Bronchien, sondern auch im Alveolarepithel. Daher werden dringend in vitro Modelle benötigt, die das distale Lungenkompartiment widerspiegeln.
Kürzlich wurden Organoide aus Alveolarepithelzellen (AT1 und AT2 Zellen) beschrieben, die Expansion und Reifung isolierter distaler Epithelzellen in vitro erlauben. Diese Organoide wurden bereits eingesetzt, um eine SARS-CoV2-Infektion zu modellieren. Obwohl diese Kulturen die in vitro Kultur von AT1 und AT2 Zellen ermöglichen, fehlt hier die physiologische Luftexposition.
In diesem Projekt sollte daher ein Kultursystem auf Basis von sogenannten Air-Liquid-Interface (ALI) Kulturen für die Kultur und Reifung von distalen Epithelzellen der humanen Lunge als in vitro Model für SARS-CoV2 Infektionen etabliert werden. In diesem Projekt werden zunächst in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Pathologie der MHH Epithelzellen aus humanen Lungenexplantaten isoliert. Nach Isolation und Anreicherung der distalen Epithelzellen wurden diese als Organoide oder in ALI Kulturen vermehrt und ausgereift. Zur Beurteilung der Kulturen wurden nach Isolation mittels Durchflusszytometrie die Anteile an Epithelzellen und anderen Zelltypen bestimmt. Darüber hinaus konnten mittels PCR Analysen sowie Immunfluoreszenzanalysen die Expression der epithelspezifischen Marker surfactant protein B und C sowie RAGE (receptor for advanced glycation endproducts) / AGER nachgewiesen werden.
Expansion und Ausreifung der distalen Epithelzellen konnten daher erfolgreich auch in ALI Kulturen durchgeführt werden. Im Weiteren könnten durch Ko-Kultur mit z.B. Endothelzellen und Makrophagen auch komplexere in vitro Modelle des alveolären Lungenkompartiments erzeugt werden und zur in vitro Modellierung von SARS-CoV-2-Infektionen verwendet werden.
Publikation
- Fluvastatin mitigates SARS-CoV-2 infection in human lung cells. Zapatero-Belinchón, F. J., Moeller, R., Lasswitz, L., van Ham, M., Becker, M., Brogden, G., Rosendal, E., Bi, W., Carriquí-Madroñal, B., Islam, K., Lenman, A., Gunesch, A. P., Kirui, J., Pietschmann, T., Överby, A. K., Jänsch, L., & Gerold, G., IScience 2021, 24(12), 103469, https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.103469