Ultra-Structures And $^{14}C$-Mannitol Transport Study of Human Nasal Epithelial Cells Using ALI Culture Technique

ALI 배양법 이용한 비강 점막 상피세포의 미세구조와 $^{14}C$-mannitol 투과도

Background : The information on nasal transport and the metabolism of peptides have been obtained from pharmacokinetic investigations in experimental animals. However, there are no transport and metabolic studies of human nasal epithelial cells. In this study, the permeability characteristics and the metabolic properties of in vitro human nasal cell monolayers were investigated. Material and Methods : Normal human inferior nasal conchal tissue samples were obtained from patients undergoing endoscopic nasal cavitary surgery. The specimens were cultured in a transwell using an air-liquid Interface (ALI) culture, and the transepithelial electrical resistance (TEER) value of the blank filter and confluent cell monolayers were measured. To determine the % leakage of mannitol, $4{\mu}mol%$ $^{14}C$-labelled mannitol was added and the % leakage was measured every 10 minute for 1 hour. Result : Human nasal epithelial cells in the primary culture grew to a confluent monolayer within 7 days and expressed microvilli. The tight junction between the cells was confirmed by transmission electron microscopy. The TEER value of the blank filter, fifth day and seventh day reached $108.5\;ohm.cm^2$, $141\;ohm.cm^2$ and $177.5\;ohm.cm^2$, respectively. Transcellular % leakage of the $^{14}$-mannitol at 10, 20, 30, 40, 50 and 60 minutes was $35.67{\pm}5.43$, $34.42{\pm}5.60$, $32.75{\pm}5.71$, $31.76{\pm}4.22$, $30.96{\pm}3.49$ and $29.60{\pm}3.68\;%$, respectively. Conclusion : The human nasal epithelial monolayer using ALI culture techniques is suitable for a transcellular permeability study. The data suggests that human nasal epithelial cells In an ALI culture technique shows some promise for a nasal transport and metabolism study.

연구배경 : 비강 점막을 통한 약물의 이동이나 대사 등은 실험 동물을 이용한 약력학적인 연구가 이루어져 왔으나 사람의 비강 점막 상피세포의 투과에 대한 연구는 없는 실정이다. 따라서 저자 등은 air-liquid interface (ALI) 방법으로 세포를 배양하여 그 미세구조와 in vitro에서 비강점막 상피세포에 대한 mannitol의 투과도를 알아보고자 하였다. 방 법 : 만성 부비동염 환자의 내시경을 이용한 부비동 수술시 정상 하비갑개의 조직을 채취하여 ALI 방법을 이용하여 transwell내에 monolayer로 상피세포를 배양하였으며 blank filter, 배양 5일째 및 7일째에 transepithelial electrical resistance (TEER) 값을 측정하고 투과전자현미경을 이용하여 견고연접(tight junction)의 형성을 확인하였다. 배양된 세포의 mannitol의 투과도를 알아보기 위해 12일째에 $^{14}C$가 부착된 mannitol $4{\mu}mol$을 배양액과 함께 투여하고 1시간 동안 10분 간격으로 % leakage를 측정하였다. 결 과 : 사람의 비강 상피세포는 7일 내에 confluent monolayer로 배양되었으며 투과전자현미경상 섬모와 견고 연접의 형성이 잘 관찰되었다. TEER 값은 blank filter는 $108.5\;ohm.cm^2$, 배양 5일째는 $141\;ohm.cm^2$, 배양 7일째는 $177.5\;ohm.cm^2$로 측정되었다. Mono-layer를 통한 $^{14}C$-mannitol의 % leakage는 10분, 20분, 30분, 40분, 50분, 60분에 각각 $35.67{\pm}5.43$, $34.42{\pm}5.60$, $32.75{\pm}5.71$, $31.76{\pm}4.22$, $30.96{\pm}3.49$, $29.60{\pm}3.68%$로 나타났다. 결 론 : ALI 방법으로 배양된 사람의 정상 비강점막 상피세포는 생체와 유사하게 배양되어 세포의 투과도(transcellular permeability) 를 알아보는데 적합하며 in vitro에서 비강점막을 통한 약물의 transport에 대한 연구에 도움이 될 것으로 생각된다.