Immortalization of human alveolar epithelial cells : towards a cell line expressing functional tight junctions for modelling the air-blood barrier in vitro

Abstract

This work aims to meet the demand for cell lines reflecting the specific barrier properties of alveolar epithelial cells required for the safety assessment of inhaled drugs, chemicals and (nano-)materials and for investigating biological aspects of the respiratory tract, such as infection pathways in the context of aerosol transmitted infectious diseases. Given the lack of a suitable in vitro model of the air-blood barrier of the peripheral lung that is not comprised of primary cells, a new human alveolar epithelial cell line (hAELVi) with type I-like properties and functional tight junctions was generated using a novel immortalization regimen based on lentiviral transfection of primary alveolar epithelial cells. hAELVi cells have an unlimited lifespan and maintain the capacity to form tight intercellular junctions, with high transepithelial electrical resistance (> 1000 Ω*cm²). Ultrastructural analysis and real time PCR revealed type I-like cell properties. Low permeability of the paracellular compound sodium fluorescein confirmed the suitability of hAELVi cells for studying transport of xenobiotics across the air-blood barrier in vitro. These results suggest that hAELVi cells reflect the essential features of the air-blood barrier, as crucial for e.g. epithelial transport studies, and hence may become a valuable tool in the field of pulmonary research.

Diese Arbeit zielt darauf ab, die Nachfrage nach Zelllinien, die die spezifischen Barriereeigenschaften von Alveolarepithelzellen aufweisen, zu bedienen, die für die Sicherheitsbewertung von inhalativen Medikamenten, Chemikalien und (Nano-) Materialien, und für die Untersuchung biologischer Aspekte der Atemwege, wie z.B. Infektionsmechanismen, erforderlich sind. Da ein in vitro-Modell der Luft-Blut-Schranke (LBS) der peripheren Lunge mit Barriereeigenschaften bisher nur durch Primärzellen erzeugt werden konnte, wurde eine immortale humane Alveolarepithelzelllinie (hAELVi) mit Typ-I-ähnlichen Eigenschaften und funktionellen Tight Junctions erzeugt, mittels lentiviraler Transfektion unter Verwendung einer neuartigen Immortalisierungstrategie. hAELVi-Zellen haben eine unbegrenzte Lebensdauer, bilden interzelluläre Verbindungen, und folglich einen hohen transepithelialen Elektronenwiderstand (> 1000 Ω*cm²). Ultrastrukturelle Analysen und halb-quantitative realtime-PCR belegen Typ I-ähnliche Zelleigenschaften. Die geringe parazelluläre Permeabilität von Natriumfluorescein bestätigt die Eignung der hAELVi-Zellen für in-vitro Untersuchungen des Transports von Xenobiotika über die LBS. Die hier präsentierten Ergebnisse legen nahe, dass hAELVi-Zellen Merkmale der LBS wiederspiegeln, was als entscheidend für z.B. Transportstudien über die Epithelzellschicht anzusehen ist, und somit ein nützliches neues Instrument auf dem Gebiet der Lungenforschung darstellen könnten.