Introduction Building human respiratory tissue models often relies on animal experiments or methods requiring the use of animals. For example, animal-based extracellular matrix (aECM) components have been used as three-dimensional biological scaffolds. In the present study, we investigated the suitability of a polyamid 6 (PA6)-based scaffold to replace aECM components in respiratory tissue models.

Material and Methods PA6 scaffolds were generated by electrospinning and aECM scaffolds were obtained from decellularized porcine jejunal segments. Both scaffold types were seeded with human respiratory fibroblasts and epithelial cells isolated from surgical specimens. We measured the epithelial barrier using fluorescein isothiocyanate dextran and applied RTqPCR as well as immunofluorescent staining to study tissue model infection with influenza A virus (IAV). The morphology of PA6- and aECM-based respiratory models was analyzed by histological methods.

Results Both scaffolds facilitated fibroblast migration and epithelial cell differentiation to the mucociliary phenotype. Fourteen days after seeding, the fibroblasts secreted a sufficient amount of ECM proteins to enable epithelial cell adherence. Regarding tissue model morphology, barrier properties and susceptibility to IAV, we observed no significant differences.

Discussion Our data show that PA6 fibers are suitable scaffolds to build human respiratory tissue models and can be used to replace aECM scaffolds. Our current research aims to further replace animal components in our assays, such as fetal calf serum or antibodies produced in animals.

Einleitung Der Aufbau humaner Gewebemodelle der Atemwegsschleimhaut stützt sich häufig auf Tierversuche oder Methoden, welche die Nutzung von Tieren einschließen. So werden beispielsweise Komponenten der tierischen extrazellulären Matrix (tECM) als biologische Trägerstrukturen verwendet. In der vorliegenden Studie untersuchten wir die Eignung einer Polyamid 6 (PA6)-Trägerstruktur als Ersatz für tECM-Komponenten in Atemwegsmodellen.

Material und Methoden PA6-Träger wurden elektrogesponnen und tECM-Träger wurden aus dezellularisiertem Jejunum des Schweins gewonnen. Beide Trägersrukturen wurden mit humanen Atemwegsfibroblasten und Epithelzellen aus nasalen Gewebebiopsaten besiedelt. Wir haben die epitheliale Barriere mit Fluorescein-Isothiocyanat-Dextran gemessen und die Anfälligkeit für Influenza-A-Viren (IAV) mittels RTqPCR und Immunfärbungen untersucht. Die Morphologie von PA6- und tECM-basierten Gewebemodellen wurde mit histologischen Methoden analysiert.

Ergebnisse Beide Trägerstrukturen ermöglichten die Migration von Fibroblasten und die Differenzierung von Epithelzellen zum mukoziliären Phänotyp. Vierzehn Tage nach der Aussaat synthetisierten die Fibroblasten ausreichend ECM-Proteine, um die Anhaftung von Epithelzellen zu ermöglichen. Hinsichtlich der Morphologie der Gewebemodelle, der Barriereeigenschaften und der Anfälligkeit für IAV konnten wir keine signifikanten Unterschiede feststellen.

Diskussion Unsere Daten zeigen, dass PA6-Fasern als Gerüst für den Aufbau humaner Atemwegsmodelle geeignet sind und als Ersatz für tECM-Gerüste verwendet werden können. Unsere derzeitige Forschung zielt darauf ab, weitere tierische Komponenten in unseren Versuchen zu ersetzen, zum Beispiel fetales Kälberserum oder in Tieren hergestellte Antikörper.

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenskonflikt besteht.