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在倾斜黏液清除测定中,缓冲液排出,黏液向上运输。

Buffer drains and mucus is transported upward in a tilted mucus clearance assay.

机构信息

Department of Pathology and Laboratory Medicine, The University of North Carolina , Chapel Hill, North Carolina.

Marsico Lung Institute, The University of North Carolina , Chapel Hill, North Carolina.

出版信息

Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2018 Nov 1;315(5):L910-L918. doi: 10.1152/ajplung.00274.2018. Epub 2018 Sep 13.

Abstract

Mucociliary clearance (MCC) plays an essential role in maintaining airway sterility and health. Conversely, mucociliary dysfunction is implicated across many airway obstructive diseases. Understanding the necessary requirements for successful MCC is imperative to establish the pathology of disease, as well as to develop therapeutic strategies. Although postural, that is, gravitational, drainage is used clinically to aid mucus clearance, it is ignored in both animal and cell culture models of MCC. In this study, we develop a novel mucus clearance assay that enables the first particle image velocimetry of human bronchial epithelial cell cultures tilted relative to the gravitational field. This tilting system makes it possible to observe drainage of the airway surface liquid and, thus, reveals the effect gravity has on mucociliary clearance. First, we use this assay to demonstrate that beating cilia alone cannot transport buffer upward against gravity. Next, we show the same cilia successfully transporting mucus upward. These results indicate that the biophysical and biochemical properties of mucus enable vertical clearance and that current assay systems are not equipped to determine which properties are required for physiologically relevant vertical mucociliary clearance.

摘要

黏液纤毛清除(MCC)在维持气道无菌和健康方面起着至关重要的作用。相反,黏液纤毛功能障碍与许多气道阻塞性疾病有关。了解成功进行 MCC 的必要条件对于确定疾病的病理以及开发治疗策略至关重要。尽管体位,即重力,引流在临床上用于辅助黏液清除,但在 MCC 的动物和细胞培养模型中都被忽略了。在这项研究中,我们开发了一种新的黏液清除测定法,该方法可首次对相对于重力场倾斜的人支气管上皮细胞培养物进行粒子图像测速。这种倾斜系统使得观察气道表面液体的引流成为可能,从而揭示了重力对黏液纤毛清除的影响。首先,我们使用该测定法证明单独的纤毛拍打无法抵抗重力将缓冲液向上输送。接下来,我们显示相同的纤毛成功地将黏液向上输送。这些结果表明,黏液的生物物理和生物化学特性使其能够进行垂直清除,而当前的测定系统无法确定进行生理相关的垂直黏液纤毛清除需要哪些特性。

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