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Bronchialchip zeigt Zusammenspiel von mechanischen und biochemischen Signalen bei Bronchospasmen

2019
Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, Baltimore, USA(1)
Johns Hopkins University, Baltimore, USA(2)
Bei Asthma sind die Kontraktion der glatten Muskulatur der Atemwege und die anschließende Verringerung des Luftstroms mit einer Reihe von schlecht verstandenen mechanischen und biochemischen Ereignissen verbunden. Hier wird ein mikrophysiologisches Bronchialchip-Atemwegsmodell vorgestellt, das die quantitative Analyse der Wechselwirkungen zwischen mechanischen und biochemischen Signalen ermöglicht, die durch Druckbelastung von Epithelzellen ausgelöst werden. Verwendet wurden hierfür 3D-Kokulturen von primären menschlichen glatten Muskelzellen der Atemwege (HASM) und gesunden menschlichen Bronchialepithelzellen (NHBE), die in einer Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche vollständig differenziert sind. Durch Verwendung einer Technik, die den lateralen interzellulären Raum der pseudostratifizierten NHBE-Schicht reduziert, wurde eine Druckbelastung von apikal nach basal ermöglicht und dadurch ein schwerer Bronchospasmus imitiert. Die sich daraus ergebenden Veränderungen der mechanischen Eigenschaften der HASM-Zellen wurden mittels Zytometrie in Echtzeit quantitativ gemessen. Dieses mechanistische Modell ermöglicht die Erklärung einer schnellen, schalterartigen Auslösung des Bronchospasmus durch die Sekretion spasmogener Faktoren aufgrund komprimierter epithelialer Atemwegszellen, die auf die ASM-Zellen einwirken, deren weitere Kontraktion fördern und somit eine mutmaßliche Rückkopplungsschleife bilden. Auch gibt die Methode Aufschluss über eine verzögerte negative Rückkopplung, die die Entspannung des Bronchospasmus auslösen kann.
A microphysiological model of the bronchial airways reveals the interplay of mechanical and biochemical signals in bronchospasm
Onur Kilic(1), Steven S. An(1), Andre Levchenko(2)
#1530
Eingestellt am: 22.08.2022
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