ヒトの気管外菌3D組織モデルにおけるボルデテラ・パートゥッシスの気管細胞毒素の活性

Bordetella Pretussisは、人間に百日咳を引き起こす非常に伝染性の病原体です。感染の主要な病態生理学は、繊毛細胞の押し出しと呼吸粘膜のその後の破壊です。気管細胞毒素（TCT）は、動物モデルでこの病理を再現することができたB.百日咳によって生成される唯一の病原性因子です。この病態生理学は、ハムスター気管モデルでよく特徴付けられていますが、ドナー材料が不足しているため、人間のデータが欠けています。ヒト気管膜上皮細胞とヒトの気管膜嚢胞性線維芽細胞をco培養することによって開発されたin vitro気道粘膜モデルを使用して、ヒト気道粘膜モデルを使用して、ヒト気道粘膜の機能的完全性に対するTCTおよびリポ多糖（LPS）の影響を評価しました。TCTおよびLPSは、繊毛上皮の単独および組み合わせ誘発性bleBと壊死のいずれかです。TCTおよびLPSは、繊毛上皮細胞の喪失と粘液症のクリアランスを妨げる高粘液産生を誘導しました。さらに、毒素はタイトジャンクションの組織に破壊的な影響を及ぼし、毒素インキュベーション後の外皮電気抵抗性を大幅に低下させ、FITC-Dextran透過性を増加させました。要約すると、結果は、TCTがLPSと協力して、ハムスター気管モデルで報告されているように、人間の気道粘膜の破壊を誘発することを示しています。

Bordetella pertussis is a highly contagious pathogen which causes whooping cough in humans. A major pathophysiology of infection is the extrusion of ciliated cells and subsequent disruption of the respiratory mucosa. Tracheal cytotoxin (TCT) is the only virulence factor produced by B. pertussis that has been able to recapitulate this pathology in animal models. This pathophysiology is well characterized in a hamster tracheal model, but human data are lacking due to scarcity of donor material. We assessed the impact of TCT and lipopolysaccharide (LPS) on the functional integrity of the human airway mucosa by using in vitro airway mucosa models developed by co-culturing human tracheobronchial epithelial cells and human tracheobronchial fibroblasts on porcine small intestinal submucosa scaffold under airlift conditions. TCT and LPS either alone and in combination induced blebbing and necrosis of the ciliated epithelia. TCT and LPS induced loss of ciliated epithelial cells and hyper-mucus production which interfered with mucociliary clearance. In addition, the toxins had a disruptive effect on the tight junction organization, significantly reduced transepithelial electrical resistance and increased FITC-Dextran permeability after toxin incubation. In summary, the results indicate that TCT collaborates with LPS to induce the disruption of the human airway mucosa as reported for the hamster tracheal model.