Non-organoidiset lähestymistavat
Tähän mennessä suolen epiteelisolulinjat ovat olleet ensisijaisia in vitro -mallijärjestelmiä suoliston kuljetusprosessien arvioimiseksi, kun taas enteroendokriiniset solulinjat ovat yleisiä malleja erilaisten suolistohormonien erittymisen tutkimiseksi. Ohutsuolen enterosyyttien vakiintunut malli on CaCo-2-solulinja (tai CaCo-2 TC7 -alaklooni), joka on peräisin paksusuolen adenokarsinoomasta. Tätä solulinjaa kasvatetaan yleisesti transwell-levyillä jopa 3 tai 4 viikkoon flunssan jälkeen ravinteiden, lääkkeiden tai muiden yhdisteiden suolistokuljetusta koskevia tutkimuksia varten käyttäen radio- tai fluoresenssimerkittyjä substraatteja (Farrell ym., 2013; Ganapathy ym., 1995; Wang ja Li, 2017). HT-29-solut (ja alakloonit) ovat ihmisen paksusuolen karsinooman solulinja, joka on hyvin vakiintunut suoliston kuljettajien, erityisesti sokerikuljettajien, tutkimiseen (Delezay et al., 1995; Liu et al., 2016). Siirtäjien roolin tutkimiseksi suoliston ravintoaineiden aistimisessa tarvitaan kuitenkin muita solulinjoja. Tunnetuimpia suolistohormonien erityksen tutkimiseen käytettyjä enteroendokriinisiä solulinjoja ovat hiiren GLUTag-solulinja (Emery ym., 2015), hiiren STC-1-solulinja (Jiang ym., 2016) ja ihmisen NCI-H716-solulinja (Pais ym., 2014). Mikään niistä ei kuitenkaan kuvasta enteroendokriinisten solujen monimutkaista biologiaa in vivo (Kuhre ym., 2016). Enteroendokriiniset solut ovat jakautuneet kaikkialle ohutsuoleen ja paksusuoleen, ja niiden eri suolistohormonien ilmentymismallit vaihtelevat suuresti riippuen niiden sijainnista suolistossa (Habib ym., 2012). Esimerkiksi GLP-1:tä erittävien solujen (joita usein kutsutaan L-soluiksi) määrä kasvaa asteittain proksimaalisesta suolistosta distaaliseen, mutta GIP:tä erittävien solujen (joita kutsutaan K-soluiksi) määrä vähenee. Näin ollen enteroendokriiniset solulinjat, jotka kaikki ovat peräisin kasvaimista, edustavat hyvin yksinkertaisia ja keinotekoisia mallijärjestelmiä ravintoaineiden havaitsemisen, suolistohormonien erityksen ja niiden taustalla olevien molekulaaristen ja säätelymekanismien tutkimiseen. Nisäkässolulinjojen etuna on se, että ne ovat hyvin vakiintuneita lukuisissa laboratorioissa ympäri maailmaa. Saatavilla on paljon tieteellistä tietoa ja vakiintuneita koeprotokollia. Lisäksi niitä on helppo käsitellä ja niiden viljely on halpaa. Silti kaikki nämä solulinjat ovat hyvin yksinkertaisia ja keinotekoisia mallijärjestelmiä. Ne ovat enimmäkseen peräisin kasvaimista, ja ne edustavat vain yhtä ainoaa solutyyppiä, eivätkä heijasta suolen limakalvon monimutkaisuutta, joka koostuu useista erikoistuneista solutyypeistä. Lisäksi niitä kasvatetaan yleensä kaksiulotteisesti, mikä ei vastaa natiivin suolen kolmiulotteista arkkitehtuuria.
Etenkin ravintoaineiden aistimista ja suolistohormonien eritystä koskevissa tutkimuksissa primaarinen suolistosoluviljelmä on paljon parempi lähestymistapa, ja se on vakiintunut luotettavaksi malliksi viime vuosina (Reimann ym., 2008). Eristetyistä suolen krypteistä kasvatettujen primaariviljelmien etuna on, että niitä voidaan tuottaa eri suolen segmenteistä (Parker ym., 2012) ja hiiristä (villityyppisistä tai knockout-eläimistä) (Diakogiannaki ym., 2013) tai ihmisistä (Habib ym., 2013). Ne koostuvat imeytymiskykyisistä enterosyyteistä sekä enteroendokriinisten solujen eri alatyypeistä, joita esiintyy natiivissa suolistossa. Nämä viljelmät sisältävät kuitenkin huonosti erilaistuneita enterosyyttejä, eivätkä ne siksi sovellu suoliston kuljettajien ja reseptorien havaitsemiseen proteiini- tai toiminnallisella tasolla. Ne ovat lyhytaikaisia viljelyjärjestelmiä, jotka eivät sovellu pitkäaikaisiin kokeisiin, eikä niitä voida siirtää, mikä lisää viljelyjen valmistamiseen tarvittavien koe-eläinten määrää. Sama koskee eristettyjä suolen epiteelisoluja (Grossmann ym., 1998), jotka käsittävät kaikki limakalvon solutyypit, mutta joiden elinkelpoisuus in vitro on hyvin rajallinen, eivätkä ne edusta ehjää epiteeliä.
Lyhytaikaista stabiilisuutta rajoittavat myös kudosräjähteet, kuten evertoidut suolistorenkaat (Roder ym., 1998), 2014) tai hiiren tai rotan suolistosta peräisin olevat suolistopussit (Praslickova ym., 2012; Surampalli ym., 2016), joita käytetään usein kuljetustutkimuksissa. Everted-suolirenkaita voidaan joko inkuboida leimattujen substraattien kanssa in vitro tai ne voidaan valmistaa esimerkiksi radioleimattujen kuljettajasubstraattien oraalisen antamisen jälkeen jyrsijöille (Roder et al., 2014). Everted suolistopusseja voidaan käyttää jopa virtaustutkimuksiin, koska luminaaliset ja basolateraaliset lokerot voidaan kohdistaa erikseen. Valmistelu ja käsittely eivät kuitenkaan ole triviaaleja ja vaativat jonkin verran kokemusta. Kudospalojen etuna on, että ne voidaan valmistaa eri suolen segmenteistä, ja niiden aluekohtaiset in vivo -ominaisuudet säilyvät in vitro. Suoli-eksplantti säilyttää natiivin arkkitehtuurinsa, ja limakalvo on yhteydessä ympäröivään kudokseen, kuten submucosaan tai lihaksiin, ja siinä on mukana neuroneja, imusolmukkeita ja verisuonia. Tieteellisestä kysymyksestä riippuen tämä voi olla etu tai haitta. Suoliston ravintoaineiden aistimista ja sitä seuraavaa suolistohormonien eritystä tutkitaan joskus perfusoidussa jyrsijän suolistossa (Kuhre ym., 2015). Eläin nukutetaan ja suolen luumeniin perfusoidaan oletettuja stimulantteja ex vivo. Basolateraalinen neste kerätään ja suoliston hormonipitoisuus analysoidaan. Tämä tekniikka ei ole teknisesti helppo, ja eettiset esteet rajoittavat menetelmän laajaa käyttöä ravinteiden aiheuttaman suolistohormonien vapautumisen tutkimiseen.
Luotettava ja vakiintunut malli, jota käytetään suoliston transportaattoreiden funktionaalisten ominaisuuksien ja säätelyn tutkimiseen, on heterologinen ekspressio Xenopus laevis -okosyyteissä (Hirsch ym., 1996). MRNA-injektion jälkeen kiinnostava proteiini ilmentyy munasolussa, ja kuljetuskinetiikkaa voidaan tutkia radiomerkityillä substraateilla tai elektrofysiologisilla lähestymistavoilla, kun kyseessä ovat elektrogeeniset transporterit (Schulze et al., 2014; Stelzl et al., 2016). Tämä tekniikka on erinomainen väline yhden tietyn kuljettajan toiminnallisten ominaisuuksien tutkimiseen, vaikka kohdeproteiini on keinotekoisessa ympäristössä eikä säätelytekijöitä ole läsnä, kuten nisäkässolussa olisi. Lisäksi ehjien munasolujen saatavuus ja monimutkainen käsittely, mukaan lukien munasolujen injektio, ovat kriittisiä kysymyksiä, jotka on otettava huomioon tätä tekniikkaa sovellettaessa. Paljon helpompia heterologisia ekspressiojärjestelmiä ovat hiiva ja E. coli. Ne mahdollistavat sellaisten rekombinanttimutaatioiden tuottamisen, joita voidaan viljellä tai fermentoida suuremmissa mittakaavoissa ja tuottaa suuria määriä proteiinia. Vaikka nämä mikro-organismit ovat halpoja ja helppokäyttöisiä, ne ovat hyvin yksinkertaistettuja mallijärjestelmiä nisäkkäiden proteiinien ja erityisesti suurten kalvoproteiinien tutkimiseen. Usein esiintyviä ongelmia ovat proteiinin vääränlainen taittuminen tai epäonnistunut kalvoon asettuminen. Siksi nämä järjestelmät ovat pikemminkin käyttökelpoisia puhdistettujen proteiinien tai proteiinidomeenien rakenteelliseen karakterisointiin (Beale et al., 2015) kuin nisäkkäiden siirtäjien toimintaa ja säätelyä koskeviin yksityiskohtaisiin tutkimuksiin.
Uusia ja lupaavia lähestymistapoja, jotka on luotu aivan viime aikoina, ovat nisäkkäiden kolmiulotteiset soluviljelymallit. Suolistosolulinjoja, kuten CaCo-2:ta tai HT-29:ää, kasvatetaan telineillä, jolloin luodaan suolen kaltainen arkkitehtuuri, joka johtaa parempaan erilaistumiseen (Chen ym., 2015). Muita kolmiulotteisia malleja viljellään suoraan ihmisen ohutsuolen epiteelisoluista ja myofibroblasteista päällystetyillä mikrohuokoisilla kalvoilla (Maschmeyer ym., 2015a; Maschmeyer ym., 2015b), eikä niitä voida monistaa in vitro. Näitä malleja on mahdollista perustaa ravintoaineiden tai lääkkeiden kuljetustutkimuksia varten, ja ihmisen suolen epiteelisoluista kasvatetut viljelmät sisältävät jopa eri limakalvon solutyyppejä, mutta eivät enteroendokriinisia soluja. Sama pätee kolmiulotteisiin biopainettuihin kudoksiin, jotka ovat toinen aivan hiljattain syntynyt tekniikka, joka on saanut valtavasti huomiota. Tällä lähestymistavalla on enemmän arvoa regeneratiivisen lääketieteen ja elinsiirtojen kuin kokeellisen tutkimuksen kannalta (Murphy ja Atala, 2014). Erilaisten kudosten, kuten sydämen, ihon ja luiden, biopainaminen on onnistunut, mutta biopainetut suolistokudokset ovat toistaiseksi harvinaisia, ja niitä on kehitettävä edelleen (Wengerter ym., 2016).