The development of human nasal epithelial organoid

Abstract

서론: 인간 비강 상피 세포는 비강 상피의 특성과 병원체에 대한 면역반응을 연구하는데 유용한 모델이다. 그러나 인간 비강상피세포는 체외에서 장기간 배양할 수 없고 조직으로부터 충분한 세포를 얻기 어렵기 때문에 반복적인 시험관내 실험에 사용하는데 많은 한계가 있다. 본 연구는 인간 정상 비점막에서 유래한 비강 오가노이드 모델의 세포 분화를 살펴보고 기존 체외 배양 비강 상피세포와 비교하여 시험관내 실험에서 비강 오가노이드 모델의 유용성을 평가하고자 한다.

방법: 인간 정상 비점막을 채취하여 비강상피 오가노이드 모델을 만들고자 하였다. 제작된 비강상피 오가노이드를 이용하여 air-liquid interface법으로 배양하여 비강상피세포들의 분화를 유도하였으며 배양된 세포의 형태학적 관찰을 시행하였고 비강상피를 구성하는 특정 세포들의 mRNA을 세포에서 추출하여 발현정도를 RT-PCR을 이용하여 비교하였다.

결과: 비강상피 오가노이드는 ALI 배양 시스템을 통하여 완전히 분화된 비강 상피를 형성하였다. H&E 및 PAS 염색을 통해 분화된 섬모 세포와 분비 세포가 관찰 할 수 있었다. 투과 전자현미경으로 분화된 섬모와 분비된 점액이 관찰되었으며 주사전자현미경으로 점액과립과 분화된 섬모, 세포간 밀착연접을 관찰 되었다. Passage-3세포 뿐만 아니라 Passage-5 세포에서도 basal celll의 마커인 TP63, KRT5, secretary cell의 마커인 MUC5AC 및 ciliated cell의 마커인 FOXJ1 유전자의 유의한 발현을 확인 할 수 있었다.

결론: 인간 비점막으로부터 만들어진 비강 오가노이드모델이 비강 상피의 형태 및 생리학적 특성을 유지하고 분화할 수 있음을 보여주었고 반복되는 시험관 내 연구에 유용할 것임을 시사한다.

Introduction: Nasal epithelial cells (NECs) are a suitable model for studying the properties of the nasal epithelium and the pathophysiology of pathogens. However, since it is difficult to obtain sufficient cells that can be cultured for a long period, there are many limitations in using it for repeated in vitro experiments. This study aimed to describe the cell differentiation of human nasal epithelial (HNE) organoid derived from nasal samples and compare the characteristics of the normal nasal mucosa and cultured primary NECs

Methods: HNE organoids derived from human nasal mucosa were cultured. Then air-liquid interface (ALI) cultures from the HNE organoids were cultured until passages 3 and 5. Histologic analysis, electron microscopy, and real-time polymerase chain reaction of the cultured cells were performed.

Results: The histological findings showed that a well differentiated nasal epithelium was established 14 days after confluency in the ALI culture systems. Ciliated and secretory cells were observed through H&E and PAS staining. Scanning electron microscopy and transmission electron microscopy showed secreted mucus and well-differentiated cilia, and tight cellular junctions. Our HNE organoid models showed a significant expression of TP63, KRT5, MUC5AC, and FOXJ1 genes until passage 5.

Conclusion: Findings suggest that our HNE organoid model will be suitable for long-term, repetitive in vitro experiments as it can accurately recapitulate the morphological and physiological characteristics of the nasal epithelium.