Non-organoid megközelítések
A mai napig a bélhámsejtvonalak az elsődleges in vitro modellrendszerek a bélrendszeri transzportfolyamatok értékelésére, míg az enteroendokrin sejtvonalak a különböző bélhormonok szekréciójának vizsgálatára szolgáló általános modellek. A vékonybél enterociták bevett modellje a CaCo-2 sejtvonal (vagy a CaCo-2 TC7 szubklón), amely vastagbél adenokarcinómából származik. Ezt a sejtvonalat általában transzwell lemezeken tenyésztik 3 vagy 4 hétig a konfluencia után a tápanyagok, gyógyszerek vagy más vegyületek bélrendszeri transzportjának vizsgálatára, rádió- vagy fluoreszcensen jelölt szubsztrátokat használva (Farrell és mtsai., 2013; Ganapathy és mtsai., 1995; Wang és Li, 2017). A HT-29 sejtek (és szubklónok) egy humán vastagbélrákos sejtvonal, amely jól bevált a bélrendszeri transzporterek, különösen a cukortranszporterek kutatására (Delezay és mtsai., 1995; Liu és mtsai., 2016). A transzporterek bélrendszeri tápanyagérzékelésben betöltött szerepének vizsgálatához azonban más sejtvonalakra van szükség. A bélhormonok szekréciójának vizsgálatához használt legjelentősebb enteroendokrin sejtvonalak az egér GLUTag sejtvonal (Emery et al., 2015), az egér STC-1 sejtvonal (Jiang et al., 2016) és a humán NCI-H716 sejtvonal (Pais et al., 2014). Ezek közül azonban egyik sem tükrözi az enteroendokrin sejtek komplex biológiáját in vivo (Kuhre és mtsai., 2016). Az enteroendokrin sejtek az egész vékony- és vastagbélben eloszlanak, és a különböző bélhormonok expressziós mintázata nagymértékben eltér a béltraktuson belüli elhelyezkedésüktől függően (Habib és mtsai., 2012). Például a GLP-1-szekretáló sejtek (gyakran L-sejteknek nevezik őket) száma fokozatosan növekszik a proximális és a disztális bélszakasz között, ugyanakkor a GIP-szekretáló sejtek (K-sejteknek nevezik őket) száma csökken. Így az enteroendokrin sejtvonalak, amelyek mind tumorból származnak, nagyon egyszerű és mesterséges modellrendszert jelentenek a tápanyagérzékelés, a bélhormon-szekréció és a mögöttes molekuláris és szabályozó mechanizmusok vizsgálatára. Az emlős sejtvonalak előnye, hogy a világ számos laboratóriumában jól beváltak. Rengeteg tudományos adat áll rendelkezésre, valamint bevált kísérleti protokollok. Ezenkívül könnyen kezelhetők és a tenyésztésük olcsó. Mégis, ezek a sejtvonalak nagyon egyszerű és mesterséges modellrendszerek. Többnyire tumorból származnak, és csak egyetlen sejttípust képviselnek, nem tükrözik a bélnyálkahártya komplexitását, amely több specializált sejttípusból áll. Emellett általában két dimenzióban tenyésztik őket, ami nem tükrözi a natív bél háromdimenziós architektúráját.
Különösen a tápanyagérzékelés és a bélhormon-szekréció vizsgálatához a primer bélsejtkultúra sokkal jobb megközelítés, és az elmúlt években megbízható modellnek bizonyult (Reimann et al., 2008). Az izolált bélkriptákból tenyésztett primer kultúrák előnye, hogy különböző bélszegmensekből (Parker et al., 2012), valamint egerekből (vad típusú vagy knockout állatokból) (Diakogiannaki et al., 2013) vagy emberekből (Habib et al., 2013) is létrehozhatók. Ezek abszorpciós enterocitákat, valamint a natív bélben található enteroendokrin sejtek különböző altípusait tartalmazzák. Ezek a tenyészetek azonban rosszul differenciált enterocitákat tartalmaznak, ezért nem alkalmasak a bélrendszeri transzporterek és receptorok fehérje- vagy funkcionális szintű kimutatására. Rövid távú tenyésztési rendszerről van szó, amely nem alkalmas hosszú távú kísérletek elvégzésére, és nem passziválható, ami növeli a tenyészetek előkészítéséhez szükséges laboratóriumi állatok számát. Ugyanez a helyzet az izolált bélhámsejtekkel (Grossmann et al., 1998), amelyek minden nyálkahártya sejttípust tartalmaznak, de nagyon korlátozott életképességet mutatnak in vitro, és nem képviselnek intakt epitéliumot.
A rövid távú stabilitás szintén korlátozza a szöveti explantátumokat, például az evertált bélgyűrűket (Roder et al., 2014), vagy az egér- vagy patkánybélből származó bélzsákok (Praslickova et al., 2012; Surampalli et al., 2016), amelyeket gyakran használnak transzportvizsgálatokhoz. A kifordított bélgyűrűket vagy in vitro inkubálhatjuk jelölt szubsztrátokkal, vagy elkészíthetjük például rágcsálókban radioaktívan jelölt transzporter szubsztrátok orális beadását követően (Roder és mtsai., 2014). A kifordított bélzsákok akár fluxusvizsgálatokhoz is felhasználhatók, mivel a luminális és a bazolaterális kompartmentek külön-külön megcélozhatók. Az előkészítés és a kezelés azonban nem triviális, és némi tapasztalatot igényel. A szöveti explantátumok előnye, hogy különböző bélszegmensekből készíthetők, és a régióspecifikus in vivo jellemzőik in vitro is megmaradnak. A bél explantátum megőrzi natív architektúráját, és a nyálkahártya kapcsolódik a környező szövetekhez, mint például a submucosa vagy az izom, és neuronok, nyirok, erek is szerepelnek benne. A tudományos kérdéstől függően ez előny vagy hátrány lehet. A tápanyagok bélrendszeri érzékelését és az azt követő bélhormon-kiválasztást néha perfundált rágcsálóbélben vizsgálják (Kuhre és mtsai., 2015). Az állatot elaltatják, és a béllument ex vivo perfundálják a feltételezett stimulánsokkal. A bazolaterális folyadékot összegyűjtik, és a bélhormontartalmat elemzik. Ez a technika technikailag nem egyszerű, és etikai akadályok korlátozzák a módszer széles körű alkalmazását a tápanyagok által kiváltott bélhormonfelszabadulás vizsgálatára.
A bélhormon-transzporterek funkcionális jellemzőinek és szabályozásának vizsgálatára használt megbízható és jól bevált modell a Xenopus laevis oocitákban történő heterológ expresszió (Hirsch et al., 1996). Az mRNS befecskendezését követően a kívánt fehérje kifejeződik az oocitában, és a transzport kinetikája radioaktívan jelölt szubsztrátokkal vagy elektrofiziológiai megközelítésekkel vizsgálható elektrogenikus transzporterek esetében (Schulze és mtsai., 2014; Stelzl és mtsai., 2016). Ez a technika kiváló eszköz egy adott transzporter funkcionális jellemzőinek vizsgálatára, annak ellenére, hogy a célfehérje mesterséges környezetben van, és nincsenek jelen olyan szabályozó faktorok, mint az emlőssejtben. Emellett az intakt oociták elérhetősége és a bonyolult kezelés, beleértve az oocita injekciót is, kritikus kérdések, amelyeket figyelembe kell venni e technika alkalmazásakor. Sokkal egyszerűbb heterológ expressziós rendszerek az élesztő és az E. coli. Ezek lehetővé teszik rekombináns mutánsok létrehozását, amelyek, ha egyszer már létrejöttek, nagyobb léptékben tenyészthetők vagy fermentálhatók, nagy mennyiségű fehérjét szolgáltatva. Bár olcsó és könnyen kezelhetőek, ezek a mikroorganizmusok nagyon leegyszerűsített modellrendszerek az emlős fehérjék, különösen a nagy membránfehérjék vizsgálatához. A gyakran előforduló problémák a fehérje félrecsúszása vagy a membránba való beilleszkedés sikertelensége. Ezért ezek a rendszerek inkább a tisztított fehérjék vagy fehérjedomének szerkezeti jellemzésére alkalmasak (Beale et al., 2015), mint az emlős transzporterek működésének és szabályozásának részletes vizsgálatára.
Új és ígéretes megközelítések, amelyek a közelmúltban jöttek létre, a háromdimenziós emlős sejttenyésztési modellek. Az olyan bélsejtvonalakat, mint a CaCo-2 vagy a HT-29, állványzaton tenyésztik, ami bélszerű architektúrát hoz létre, ami jobb differenciálódáshoz vezet (Chen és mtsai., 2015). Más háromdimenziós modelleket közvetlenül humán vékonybélhámsejtekből és myofibroblasztokból tenyésztenek bevonatos mikroporózus membránokon (Maschmeyer et al., 2015a; Maschmeyer et al., 2015b), és nem szaporíthatók in vitro. Ezek a modellek alkalmasak a tápanyagok vagy gyógyszerek transzportjának vizsgálatára, és a humán bélhámsejtekből tenyésztett kultúrák még különböző nyálkahártya sejttípusokat is tartalmaznak, de enteroendokrin sejteket nem. Ugyanez a helyzet a háromdimenziós bioprintelt szövetekkel, egy másik, nemrégiben megjelent és óriási figyelmet kapott technológiával. Ez a megközelítés inkább a regeneratív orvoslás és a transzplantáció, mint a kísérleti kutatás szempontjából értékes (Murphy és Atala, 2014). A különböző szövetek, köztük a szív, a bőr és a csontok bioprintelését már sikeresen megvalósították, de a bioprintelt bélszövetek eddig ritkák, és további fejlesztésre szorulnak (Wengerter és mtsai., 2016).