Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Văn hóa sợi rỗng thúc đẩy sự biệt hóa của tế bào Caco-2
Tóm tắt
Tế bào Caco-2 thường yêu cầu 21 ngày nuôi cấy để phát triển đủ sự biệt hóa trong phương pháp nuôi cấy Transwell hai chiều truyền thống, điều này khác xa với sự biệt hóa nhanh chóng của tế bào biểu mô ruột in vivo. Các phương pháp nuôi cấy ba chiều gần đây được đề xuất cho tế bào Caco-2, mặc dù mô phỏng cấu trúc vi mô giống như nhung ruột/tiểu cầu của biểu mô ruột, nhưng không cho thấy hiệu quả trong việc thúc đẩy sự biệt hóa của tế bào Caco-2. Trong nghiên cứu này, một phương pháp nuôi cấy tế bào Caco-2 mới trên bioreactor sợi rỗng đã được áp dụng để mô phỏng hình thái lumen ruột non của con người nhằm thúc đẩy sự biểu hiện chức năng ruột. Các sợi rỗng có khả năng thấm của polyethersulfone (PES), một loại màng thích hợp cho nuôi cấy tế bào Caco-2, đã thành công trong việc kích thích tế bào hình thành lớp đơn liên tục trên bề mặt bên trong. Các chức năng đã biệt hóa của tế bào Caco-2, được đại diện bởi hoạt tính phosphatase kiềm, γ-glutamyltransferase và protein P-glycoprotein, cao hơn rất nhiều trong nuôi cấy sợi rỗng 10 ngày so với nuôi cấy Transwell 21 ngày. Hơn nữa, các tế bào Caco-2 trên sợi PES thể hiện mức độ F-actin và protein zonula occludens-1 cao hơn so với các tế bào trên nuôi cấy Transwell, cho thấy có sự gia tăng căng thẳng cơ học trong các tế bào Caco-2 trên sợi rỗng PES. Sự biệt hóa nhanh chóng của tế bào Caco-2 trên sợi rỗng PES không liên quan đến thành phần hóa học của màng và độ nhám bề mặt, nhưng có thể bị kích thích bởi cấu hình sợi rỗng, vì các màng phẳng PES với cả bề mặt nhám và mịn đều không làm tăng sự biệt hóa của tế bào Caco-2. Do đó, sự biểu hiện nhanh chóng của chức năng tế bào Caco-2 trong nuôi cấy sợi rỗng có thể thể hiện giá trị lớn trong việc mô phỏng môi trường vi mô của mô in vivo và hướng dẫn việc xây dựng thiết bị kỹ thuật mô ruột.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Astashkina A, Mann B, Grainger DW (2012) A critical evaluation of in vitro cell culture models for high-throughput drug screening and toxicity. Pharmacol Ther 134(1):82–106
Balimane PV, Chong S (2005) Cell culture-based models for intestinal permeability: a critique. Drug Discov Today 10(5):335–343
Balimane PV, Chong S, Morrison RA (2000) Current methodologies used for evaluation of intestinal permeability and absorption. J Pharmacol Toxicol Methods 44(1):301–312
Chong S, Dando SA, Morrison RA (1997) Evaluation of Biocoat intestinal epithelium differentiation environment (3-day cultured Caco-2 cells) as an absorption screening model with improved productivity. Pharm Res 14(12):1835–1837
Chong SH, Dando SA, Soucek KM, Morrison RA (1996) In vitro permeability through Caco-2 cells is not quantitatively predictive of in vivo absorption for peptide-like drugs absorbed via the dipeptide transporter system. Pharm Res 13(1):120–123
Dionne KE, Cain BM, Li RH, Bell WJ, Doherty EJ, Rein DH, Lysaght MJ, Gentile FT (1996) Transport characterization of membranes for immunoisolation. Biomaterials 17(3):257–266
Feng ZQ, Chu XH, Huang NP, Wang T, Wang YC, Shi XL, Ding YT, Gu ZZ (2009) The effect of nanofibrous galactosylated chitosan scaffolds on the formation of rat primary hepatocyte aggregates and the maintenance of liver function. Biomaterials 30(14):2753–2763
Fischer SM, Brandl M, Fricker G (2011) Effect of the non-ionic surfactant Poloxamer 188 on passive permeability of poorly soluble drugs across Caco-2 cell monolayers. Eur J Pharm Biopharm 79(2):416–422
Fisher RJ, Peattie RA (2007) Controlling tissue microenvironments: biomimetics, transport phenomena, and reacting systems. Adv Biochem Eng Biotechnol 103:1–73
Foger F, Kopf A, Loretz B, Albrecht K, Bernkop-Schnurch A (2008) Correlation of in vitro and in vivo models for the oral absorption of peptide drugs. Amino Acids 35(1):233–241
Guell I, Wanzenboeck HD, Forouzan SS, Bertagnolli E, Bogner E, Gabor F, Wirth M (2009) Influence of structured wafer surfaces on the characteristics of Caco-2 cells. Acta Biomater 5(1):288–297
Hillgren KM, Kato A, Borchardt RT (1995) In vitro systems for studying intestinal drug absorption. Med Res Rev 15(2):83–109
Hubatsch I, Ragnarsson EG, Artursson P (2007) Determination of drug permeability and prediction of drug absorption in Caco-2 monolayers. Nat Protoc 2(9):2111–2119
Jovov B, Wills NK, Lewis SA (1991) A spectroscopic method for assessing confluence of epithelial cell cultures. Am J Physiol 261(6 Pt 1):C1196–C1203
Jumarie C, Malo C (1991) Caco-2 cells cultured in serum-free medium as a model for the study of enterocytic differentiation in vitro. J Cell Physiol 149(1):24–33
Justice BA, Badr NA, Felder RA (2009) 3D cell culture opens new dimensions in cell-based assays. Drug Discov Today 14(1):102–107
Keogh MB, Partap S, Daly JS, O’Brien FJ (2011) Three hours of perfusion culture prior to 28 days of static culture, enhances osteogenesis by human cells in a collagen GAG scaffold. Biotechnol Bioeng 108(5):1203–1210
Leonard EK, Pai VH, Amberg P, Gardner J, Orwin EJ (2012) Design and validation of a corneal bioreactor. Biotechnol Bioeng 109(12):3189–3198
Levy P, Robin H, Bertrand F, Kornprobst M, Capeau J (2003) Butyrate-treated colonic Caco-2 cells exhibit defective integrin-mediated signaling together with increased apoptosis and differentiation. J Cell Physiol 197(3):336–347
Lewis SA (2002) Assessing epithelial cell confluence by spectroscopy. Methods Mol Biol 188:329–336
Liang E, Chessic K, Yazdanian M (2000) Evaluation of an accelerated Caco-2 cell permeability model. J Pharm Sci 89(3):336–345
Persijn JP, van der Slik W (1976) A new method for the determination of gamma-glutamyltransferase in serum. J Clin Chem Clin Biochem 14(9):421–427
Potten CS (1997) Epithelial cell growth and differentiation. II. Intestinal apoptosis. Am J Physiol 273(2 Pt 1):G253–G257
Potten CS, Wilson JW, Booth C (1997) Regulation and significance of apoptosis in the stem cells of the gastrointestinal epithelium. Stem Cells 15(2):82–93
Pusch J, Votteler M, Gohler S, Engl J, Hampel M, Walles H, Schenke-Layland K (2011) The physiological performance of a three-dimensional model that mimics the microenvironment of the small intestine. Biomaterials 32(30):7469–7478
Sambuy Y, De Angelis I, Ranaldi G, Scarino ML, Stammati A, Zucco F (2005) The Caco-2 cell line as a model of the intestinal barrier: influence of cell and culture-related factors on Caco-2 cell functional characteristics. Cell Biol Toxicol 21(1):1–26
Shafiroff BG, Kau QY, Baron H (1959) The anatomy of Kerckring’s valves; case report on their maldevelopment. Ann Surg 149(4):486–490
Shen C, Meng Q, Zhang G (2012) Species-specific toxicity of troglitazone on rats and human by gel entrapped hepatocytes. Toxicol Appl Pharmacol 258(1):19–25
Shen C, Zhang G, Meng Q (2010) Enhancement of the predicted drug hepatotoxicity in gel entrapped hepatocytes within polysulfone-g-poly (ethylene glycol) modified hollow fiber. Toxicol Appl Pharmacol 249(2):140–147
Stamatialis DF, Papenburg BJ, Gironés M, Saiful S, Bettahalli SN, Schmitmeier S, Wessling M (2008) Medical applications of membranes: drug delivery, artificial organs and tissue engineering. J Membr Sci 308(1):1–34
Sung JH, Yu J, Luo D, Shuler ML, March JC (2011) Microscale 3-D hydrogel scaffold for biomimetic gastrointestinal (GI) tract model. Lab Chip 11(3):389–392
Taipalensuu J, Tornblom H, Lindberg G, Einarsson C, Sjoqvist F, Melhus H, Garberg P, Sjostrom B, Lundgren B, Artursson P (2001) Correlation of gene expression of ten drug efflux proteins of the ATP-binding cassette transporter family in normal human jejunum and in human intestinal epithelial Caco-2 cell monolayers. J Pharmacol Exp Ther 299(1):164–170
Teng Z, Yuan C, Zhang F, Huan M, Cao W, Li K, Yang J, Cao D, Zhou S, Mei Q (2012) Intestinal absorption and first-pass metabolism of polyphenol compounds in rat and their transport dynamics in Caco-2 cells. PLoS One 7(1):e29647
Unger RE, Huang Q, Peters K, Protzer D, Paul D, Kirkpatrick CJ (2005) Growth of human cells on polyethersulfone (PES) hollow fiber membranes. Biomaterials 26(14):1877–1884
van Breemen RB, Li Y (2005) Caco-2 cell permeability assays to measure drug absorption. Expert Opin Drug Metab Toxicol 1(2):175–185
Volpe DA (2008) Variability in Caco-2 and MDCK cell-based intestinal permeability assays. J Pharm Sci 97(2):712–725
Wan LS, Xu ZK, Huang XJ, Wang ZG, Ye P (2005) Hemocompatibility of poly(acrylonitrile-co-N-vinyl-2-pyrrolidone)s: swelling behavior and water states. Macromol Biosci 5(3):229–236
Wang L, Murthy SK, Barabino GA, Carrier RL (2010) Synergic effects of crypt-like topography and ECM proteins on intestinal cell behavior in collagen based membranes. Biomaterials 31(29):7586–7598
Wang L, Murthy SK, Fowle WH, Barabino GA, Carrier RL (2009) Influence of micro-well biomimetic topography on intestinal epithelial Caco-2 cell phenotype. Biomaterials 30(36):6825–6834
Wenz LM, Merritt K, Brown SA, Moet A, Steffee AD (1990) In vitro biocompatibility of polyetheretherketone and polysulfone composites. J Biomed Mater Res 24(2):207–215
Wilkening S, Bader A (2003) Influence of culture time on the expression of drug-metabolizing enzymes in primary human hepatocytes and hepatoma cell line HepG2. J Biochem Mol Toxicol 17(4):207–213
Yamashita S, Konishi K, Yamazaki Y, Taki Y, Sakane T, Sezaki H, Furuyama Y (2002) New and better protocols for a short-term Caco-2 cell culture system. J Pharm Sci 91(3):669–679
Yu J, Peng S, Luo D, March JC (2012) In vitro 3D human small intestinal villous model for drug permeability determination. Biotechnol Bioeng 109(9):2173–2178