Calu-3-cellijn

Calu-3-cellen vormen een van de mens afkomstige epitheelcellijn van de luchtwegen die niet-kleincellig longcarcinoom vertegenwoordigt. Ze worden op grote schaal gebruikt in biomedisch onderzoek, waaronder onderzoek naar de biologie van longkanker, aandoeningen van de luchtwegen, interacties tussen gastheer en ziekteverwekker en het transport van geneesmiddelen in de luchtwegen. Bovendien worden ze ingezet bij de ontwikkeling van behandelingen voor diverse aandoeningen van de luchtwegen.

Herkomst en algemene kenmerken van de Calu-3-cellen

De belangrijkste informatie die u over een cellijn nodig hebt, betreft de oorsprong en de algemene kenmerken ervan. Dit helpt u bij het bepalen van het gebruik ervan in uw onderzoek. In dit gedeelte vindt u deze essentiële informatie over de Calu-3-cellijn. Hierin wordt onder andere het volgende behandeld: Wat is een Calu-3-cellijn? Wat is de morfologie van Calu-3-cellen? Wat is de oorsprong van Calu-3-cellen?

• Calu-3-cellen zijn verkregen uit de pleurale effusie (metastatische plaats) van een blanke man (25 jaar) met adenocarcinoom van de long. De cellijn werd in 1975 opgezet door Jorgen Fogh en Germain Trempe van het Memorial Sloan Kettering Cancer Center.
• Calu-3-cellen hebben een epitheelachtige morfologie.
• De diameter van Calu-3-cellen varieert van 8-9 tot 20 micron.
• Ze vertonen mutaties in de K-RAS (G13D), TP53 en CDKN2A-genen en brengen het wildtype EGFR tot expressie.

A549 versus Calu-3

A549- en Calu-3-cellen zijn menselijke longadenocarcinoomcellijnen, maar hebben verschillende kenmerken. Het belangrijkste verschil tussen de Calu-3- en A549-celmodellen is de dikte van de slijmlaag. Calu-3-cellen vormen een dunnere slijmlaag en bootsen daarmee het epitheel van de proximale luchtwegen na. A549-cellen daarentegen missen dit kenmerk en zijn geschikter om de fysiologische structuur van de distale luchtwegen weer te geven [1].

Calu-3-cellijn: Informatie over het kweken

In dit gedeelte vindt u de belangrijkste punten voor het kweken van de Calu-3-cellijn. Hier bespreken we: Wat is de verdubbelingstijd van Calu-3-cellen? Wat is het kweekmedium voor Calu-3-cellen? Wat is het kweekprotocol voor Calu-3-cellen? Hoe kweekt u Calu-3-cellen?

Belangrijke punten voor het kweken van Calu-3-cellen

Verdubbelingstijd:

De verdubbelingstijd van Calu-3-cellen bedraagt ongeveer 35 uur.

Hechtend of in suspensie:

Calu-3 is een hechtende longadenocarcinoomcellijn.

Splitsingsverhouding:

De subcultiveringsverhouding voor de Calu-3-cellijn is 1:2 tot 1:4. Voor subcultivering worden de cellen gespoeld met 1 x fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) en gedurende bijna 10 minuten bij kamertemperatuur geïncubeerd met Accutase (passageoplossing). Daarna wordt vers celmedium toegevoegd en worden de losgekomen cellen gecentrifugeerd. Het celpellet wordt voorzichtig opnieuw gesuspendeerd en de cellen worden gedoseerd in de kolf met vers kweekmedium voor verdere groei.

Groeimedium:

Voor het kweken van Calu-3-cellen wordt EMEM-medium gebruikt dat 10% FBS, 2 mM L-glutamine, 1,5 g/L NaHCO₃, EBSS, 1 mM natriumpyruvaat en NEAA bevat. Het medium voor de Calu-3-cellen moet 2 tot 3 keer per week worden ververst.

Groeicondities:

Calu-3-cellen worden gekweekt in een bevochtigde incubator bij een temperatuur van 37 °C en een CO₂-toevoer van 5%.

Opslag:

Ingevroren cellen moeten worden bewaard in de dampfase van vloeibare stikstof of bij een temperatuur van minder dan -150 °C om de levensvatbaarheid van de cellen op langere termijn te waarborgen.

Invriesproces en medium:

CM-1- of CM-ACF-invriesmedia worden voornamelijk gebruikt voor het invriezen van de Calu-3-longcellijn. Om de levensvatbaarheid van de cellen te behouden en te voorkomen dat de cellen een schok ondergaan, ondergaan de cellen een langzaam invriesproces waarbij de temperatuur slechts met 1 °C per minuut daalt.

Ontdooiproces:

Cellen worden ontdooid door een flesje ongeveer 1 minuut in een waterbad te plaatsen dat vooraf is ingesteld op 37 °C, of totdat er nog slechts een klein klompje ijs overblijft. Er wordt vers kweekmedium toegevoegd en de cellen worden gecentrifugeerd om de componenten van het invriesmedium te verwijderen. Vervolgens wordt het celpellet opnieuw gesuspendeerd en worden de cellen overgebracht naar een nieuwe kweekfles met groeimedium.

Bioveiligheidsniveau:

Voor het werken met de Calu-3-cellijn is een laboratoriumomgeving van bioveiligheidsniveau 1 essentieel.

Voor- en nadelen van Calu-3-cellen

Net als andere menselijke cellijnen hebben Calu-3-cellen hun eigen voor- en nadelen. Hieronder bespreken we enkele belangrijke daarvan.

Voordelen

• In-vitro-model voor het luchtwegepitheel:

  In het ademhalingsonderzoek fungeren Calu-3-cellen als een efficiënt in-vitro-model voor het luchtwegepitheel. Ze weerspiegelen de eigenschappen van het menselijke luchtwegmembraan, waardoor onderzoek naar medicijntransport, interacties tussen gastheer en ziekteverwekker en mucineproductie mogelijk wordt.

• Polarisatie:

  Calu-3-cellen vormen gepolariseerde monolaagjes, waardoor ze op grote schaal worden gebruikt voor het onderzoeken van medicijntransport en interacties tussen gastheer en ziekteverwekker in een meer realistische context.

Nadelen

• Kankercellijn:

  Calu-3-cellen zijn afkomstig van longadenocarcinoom; het is daarom belangrijk om te beseffen dat ze mogelijk niet volledig representatief zijn voor gezond longweefsel. Onderzoekers moeten hiermee rekening houden wanneer ze deze cellen als model in studies gebruiken.

Toepassingen van de Calu-3-cellijn in onderzoek

Calu-3 biedt diverse toepassingen in biomedisch onderzoek. In dit deel van het artikel worden enkele van de meest veelbelovende toepassingen belicht.

• Onderzoek naar aandoeningen van de luchtwegen: Calu-3-longcellen worden gebruikt om verschillende aandoeningen van de luchtwegen te onderzoeken, zoals cystische fibrose, astma en chronische obstructieve longziekte (COPD). In een studie van Chiara Papi en collega’s werd het effect onderzocht van het anti-miR-101-3p-peptide-nucleïnezuur (PNA) bij het richten op het miRNA-101-3p, met behulp van het Calu-3-in-vitro-model voor cystische fibrose. Uit de studie bleek dat behandeling met PNA de expressie van het CFTR-gen (Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator) lijkt te verhogen, wat wijst op een mogelijke therapeutische strategie voor cystische fibrose en aanverwante aandoeningen [2].
• Geneesmiddelenontwikkeling: Calu-3-cellen dienen als model voor het testen en ontwikkelen van geneesmiddelen voor diverse aandoeningen van de luchtwegen. Bovendien worden deze cellen ook gebruikt bij het onderzoek naar het transport van geneesmiddelen door het luchtwegepitheel. Zo werd in 2021 onderzoek gedaan naar de antivirale werking van het plantenextract van Andrographis paniculata en de daarin aanwezige bioactieve stof andrographolide op de infectie van Calu-3-cellen met SARS-CoV-2 [3].
• Interacties tussen gastheer en pathogeen: Calu-3-cellen zijn ideaal voor het bestuderen van de interactie van pathogenen met het luchtwegepitheel, wat bijdraagt aan het begrip van luchtweginfecties zoals SARS-CoV-2. Zo onderzochten Byoung Kwon Park en collega’s de reacties van Calu-3- en Vero-cellen en de virusproductie als reactie op een SARS-CoV-2-infectie [4].

5. Calu-3-cellen: Wetenschappelijke publicaties

Hieronder volgen enkele interessante en veel geciteerde onderzoeksstudies waarin de Calu-3-cellen een rol spelen:

Carbon monoxide releasing molecule-2 remt de proliferatie, migratie en invasie en bevordert apoptose in Calu-3-cellen van niet-kleincellige longkanker

Deze studie werd in 2018 gepubliceerd in de *European Review for Medical and Pharmacological Sciences*. Het onderzoek stelde dat koolmonoxide-afgevende moleculen-2 (CORM-2) de apoptose van niet-kleincellige longkankercellen (Calu-3) bevorderen en hun proliferatie, migratie en invasie onderdrukken.

Calu-3-epitheelcellen vertonen in vitro andere immuun- en epitheelbarrièrereacties dan vers geïsoleerde primaire neusepitheelcellen

Dit onderzoek, gepubliceerd in *Clinical and Translational Allergy* (2018), vergeleek de immuun- en epitheelbarrièrereacties van de Calu-3-cellijn met die van vers gekweekte primaire neusepitheelcellen.

Kinine remt de infectie van menselijke cellijnen met SARS-CoV-2

Dit artikel in *Viruses* (2021) stelde kinine voor als een mogelijke behandeling voor SARS-CoV-2-infectie door het effect ervan te beoordelen op verschillende met het virus geïnfecteerde cellijnen, zoals Calu-3.

Hoge D-glucosespiegels induceren ACE2-expressie via GLUT1 in de menselijke luchtwegepitheelcellijn Calu-3

Dit onderzoek in BMC Molecular and Cell Biology (2022) stelde dat hoge D-glucose de ACE2-expressie in Calu-3-cellen bevordert via regulatie van het GLUT1-gen.

Dolosigranulum pigrum moduleert de immuniteit tegen SARS-CoV-2 in respiratoire epitheelcellen

Dit artikel in Pathogens (2021) onderzocht de immuunmodulerende effecten van Dolosigranulum pigrum 040417 in longepitheelcellen. Daarnaast werd het potentieel van deze immunobiotische bacterie bij de bescherming tegen SARS-CoV-2-infectie onderzocht.

Bronnen voor Calu-3-cellen: protocollen, video’s en meer

Er zijn veel online bronnen beschikbaar over Calu-3-cellen, met informatie over celkweek en transfectie.

• Transfectieprotocol voor Calu-3-cellen: Deze bron biedt essentiële kennis over de transfectie van Calu-3-cellen.
• Transfectie van Calu-3-cellen: Deze videotutorial is een stapsgewijze handleiding voor het leren van het in-vitro-transfectieprotocol voor Calu-3-cellen.

Het kweekprotocol voor Calu-3-cellen wordt hier beschreven.

• Calu-3-cellen: Dit document bevat informatie over het medium voor Calu-3-cellen en het protocol voor subcultivering of passagering.

Referenties

1. Wiese-Rischke, C., R.S. Murkar en H. Walles, „Biologische modellen van de onderste menselijke luchtwegen – Uitdagingen en speciale vereisten van menselijke 3D-barrièremodellen voor biomedisch onderzoek”. Pharmaceutics, 2021. 13(12).
2. Fabbri, E., et al., Behandeling van menselijke luchtwegepitheelcellen (Calu-3) met een peptide-nucleïnezuur (PNA) gericht op het microRNA miR-101-3p gaat gepaard met een verhoogde expressie van het cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR)-gen. European Journal of Medicinal Chemistry, 2021. 209: p. 112876.
3. Sa-Ngiamsuntorn, K., et al., Anti-SARS-CoV-2-activiteit van Andrographis paniculata-extract en de belangrijkste component daarvan, andrographolide, in menselijke longepitheelcellen en evaluatie van de cytotoxiciteit in representatieve cellen van belangrijke organen. Journal of Natural Products, 2021. 84(4): p. 1261-1270.
4. Park, B.K., et al., Differentiële signalering en virusproductie in Calu-3-cellen en Vero-cellen bij SARS-CoV-2-infectie. Biomol Ther (Seoul), 2021. 29(3): p. 273-281.