Importanza della misurazione della resistenza elettrica transepiteliale/transendoteliale (TEER) nei modelli polmonari in vitro
di Subhra Nag, PhD
Le cellule epiteliali ed endoteliali sono note per la loro funzione di barriera, come la permeabilità selettiva. Il tessuto polmonare è costituito da strati cellulari epiteliali situati accanto agli strati endoteliali, che consentono lo scambio di ossigeno e anidride carbonica tra i polmoni e il sangue. Attualmente, l’obiettivo principale della comunità di ricerca biomedica è comprendere nel dettaglio l’infezione causata da questo nuovo coronavirus (2019-nCoV) o da virus simili. Questo nuovo virus può compromettere la normale capacità dei polmoni di eliminare le particelle estranee e la permeabilità selettiva, o funzione di barriera, dei polmoni può risultare gravemente compromessa. Gli effetti fisiologici avversi possono persistere una volta avviata la cascata infiammatoria.
I ricercatori, in collaborazione con i medici, stanno cercando di sviluppare vaccini e farmaci per prevenire o curare l’infezione da 2019-nCoV. I modelli di coltura cellulare di mammifero sono utili per comprendere le basi degli effetti dell’infezione virale sulle cellule epiteliali polmonari e sulle cellule endoteliali dei vasi sanguigni o dei capillari adiacenti. La misurazione della TEER può essere utile per testare la citotossicità di farmaci e vaccini in modelli di cellule epiteliali polmonari, endoteliali e a doppio strato epiteliale-endoteliale. Anche testare l’efficacia di un farmaco o agente terapeutico in un modello di coltura cellulare può fornire informazioni utili. Sono stati sviluppati diversi modelli di coltura cellulare polmonare (anche umani) per studiare il trasporto epiteliale, nei quali le misurazioni della TEER hanno fornito informazioni utili [Ren, et al. 2016, Dekali, et al. 2014 ].
In numerosi studi precedenti, la misurazione della TEER è stata uno dei metodi comunemente utilizzati per studiare gli effetti dell’infezione da virus dell’influenza H1N1 su modelli epiteliali polmonari in vitro [Wu, 2 et al. 2016, Short et al. 2016, Travanty, et al. 2015, Chen, et al. 2009]. Inoltre, i ricercatori stanno sviluppando modelli tridimensionali in vitro di tessuto polmonare per comprendere nel dettaglio l’infezione polmonare a livello cellulare e selezionare i farmaci. [Reynar, et al. 2019, Chandorkar, et al. 2017, Sivars, et al. 2017, Braian, et al. 2015 (video JOVE ) Harrington, et al. 2014]. La semplicità degli esperimenti che prevedono la misurazione della TEER e la possibilità di correlare i risultati della TEER con altri esperimenti di trasporto rendono la valutazione della TEER un utile strumento sperimentale per comprendere la fisiologia cellulare polmonare.
World Precision Instruments (WPI) è nota alla comunità mondiale di ricerca biomedica per la sua rinomata linea di prodotti per la misurazione della TEER. WPI offre il misuratore epiteliale di volt-ohm (EVOM2) insieme agli elettrodi di base STX2 e propone anche elettrodi avanzati, come le camere EndOhm e gli elettrodi STX HTS, per una maggiore precisione e accuratezza.
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Perché scegliere la misurazione della TEER con il sistema EVOM2 di WPI?
- Il dispositivo EVOM2 applica correnti molto basse, dell’ordine dei microampere, invertendo continuamente la polarità (negativa e positiva) per impedire l’accumulo di carica elettrica sullo strato cellulare. Pertanto, gli effetti fisiologici causati dal dispositivo o dalla tecnica sono minimi o trascurabili.
- È un test non distruttivo e non invasivo. È possibile utilizzare lo stesso campione per un altro esperimento.
- La misurazione della TEER è molto rapida (< 1 minuto) ed è semplice da eseguire.
Cosa posso fare con la misurazione della TEER nella ricerca su epitelio ed endotelio polmonare?
- Usare la misurazione della TEER per verificare la confluenza del monostrato cellulare.
- Valutare la funzione di barriera del monostrato cellulare (epiteliale, endoteliale o doppio) per verificarne l’integrità. Le variazioni possono indicare che l’espressione o la localizzazione delle proteine delle giunzioni strette è alterata o compromessa (Short 2016 et al., Ren, et al. 2016, Wu, et al. 2016, Derk, et al. 2015, Rewaee, et al. 2013).
- La TEER è un indicatore della permeabilità dei monostrati cellulari e la sua misurazione convalida i risultati degli esperimenti di permeabilità con molecole traccianti (come FITC-destrano, Lucifer yellow, ecc.) [Wu, et al. 2016, Min, et al. 2016].
- I valori di TEER possono essere utilizzati come strumento preliminare e rapido di screening per testare la citotossicità di farmaci o virus su modelli polmonari in vitro (Short, et al. 2016).
- Con il sistema automatizzato ad alta processività REMS di WPI, è possibile misurare la resistenza di 96 campioni in 10 minuti o meno.
Oltre alla misurazione della TEER, il sistema EVOM2 consente di misurare la differenza di potenziale transepiteliale (TEPD).
Cosa posso fare con la misurazione della TEPD nella ricerca sull’epitelio polmonare?
- La misurazione della differenza di potenziale è molto semplice da eseguire [Ren, et al. 2016 ]. In modalità millivolt non viene applicata alcuna corrente elettrica. Pertanto, la tecnica di misurazione EVOM2 non influisce sulle letture in millivolt. È possibile calcolare il flusso di corrente [Zhao, et al. 2019] attraverso i monostrati cellulari utilizzando la legge di Ohm I= V/R, dove I= corrente, V= tensione e R= resistenza.
- Valutare le vie di trasporto attivo a partire dalla TEPD. Selezionare e utilizzare bloccanti o inibitori dei canali, come il bloccante del canale epiteliale del sodio (ENaC), l’amiloride [Zhao et al. 2019, Ren, et al. 2016] e l’inibitore del regolatore della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica (CFTR), la sulfinpirazone, per studiare il contributo di canali e trasportatori specifici al trasporto ionico attivo complessivo dei monostrati. È stato segnalato che l’infezione da coronavirus della sindrome respiratoria acuta grave (SARS-CoV) [Ji, et al. 2008] e dal virus dell’influenza [Londino, et al. 2017, Chen, et al. 2004, Fang, et al. 2002] riduca l’attività di ENaC. Confrontando la TEPD o la corrente equivalente calcolata dei monostrati epiteliali polmonari in presenza o assenza di amiloride, è possibile ottenere dati utili sull’attività di ENaC nel contesto dell’infezione virale.
Il misuratore di TEER EVOM2 di WPI e il sistema automatizzato di misurazione della TEER REMS sono strumenti di ricerca consolidati e ben documentati, su cui i ricercatori fanno affidamento mentre il mondo continua a combattere virus come il coronavirus SARS. Basati sulla stessa tecnologia e sugli stessi metodi di misurazione, i più recenti modelli EVOM™ Manual ed EVOM™ Auto rendono più efficiente la misurazione della TEER.
