Building a Tonsil-on-Chip

Abstract

The production of high-affinity antibodies is crucial for the development of protective immunity. It is a complex and highly dynamic process involving several cells, chemical signals and where the spatial organization is key. These reactions occur in germinal centers, a specialized microstructure that appears inside lymphoid follicles once an immune response is initiated. The adaptative immune response is initiated in secondary lymphoid organs (SLOs), such as the palatine tonsils. Due to their placement at the front of the digestive and respiratory systems, palatine tonsils can effectively screen ingested and inhaled pathogens, being key players in the protection of the host. Additionally, these structures are easily accessible and are commonly extracted as treatment for obstructive sleep apnea (OSA) or recurrent tonsillitis, which makes them ideal to study human SLOs. This work focuses on the study of human palatine tonsils as models for SLOs and the development of tonsil organoid cultures. To do so, mononuclear cells (MNCs) were isolate form human tonsils and immunophenotyped, to understand their immune landscape. The presence of germinal centers was observed by performing an H&E staining on tonsil tissue samples. Additionally, tonsil MNCs were stimulated with Staphylococcal Enterotoxin B (SEB) and cultured in a transwell system up to 15 days, to induce cell reaggregation and organoid formation. Results of these study showed that the immune landscape of human palatine tonsils is in accordance with what is expected for SLOs. Both T and B lymphocytes were detected, including the specialized follicular helper T cells, that are crucial for antibody production, showing that these organs are immunocompetent. Tonsil organoids were established, and cell viability was maintained for 10 days. With this work, the first steps have been taken towards the development of an organ-on-chip system for human tonsils, that will accurately recapitulate the structure and function of human SLOs in vitro.

A produção de anticorpos com elevada afinidade é crucial para o desenvolvimento da imunidade protetora. Este é um processo complexo e altamente dinâmico que envolve várias células, sinais químicos e onde a organização espacial é fundamental. Estas reações ocorrem nos centros germinativos, uma microestrutura especializada que surge no interior dos folículos linfoides quando se inicia uma resposta imunitária. A resposta imune adaptativa é iniciada nos órgãos linfoides secundários (OLSs), como as amígdalas palatinas. Devido à sua localização na entrada dos sistemas digestivo e respiratório, as amígdalas palatinas conseguem fazer um rastreio eficaz dos agentes patogénicos que são ingeridos e inalados, o que faz destas intervenientes fundamentais na proteção do hospedeiro. Além disso, estas estruturas são facilmente acessíveis e são normalmente extraídas para tratamento da apneia obstrutiva do sono ou de amigdalites de repetição, o que as torna ideais para o estudo de OLSs humanos. Este trabalho centra-se no estudo das amígdalas palatinas humanas como modelos de OLSs e no desenvolvimento de culturas de organoides de amígdalas. Para tal, células mononucleares (CMNs) das amígdalas foram isoladas e o seu fenótipo foi caracterizado, para compreender o panorama imunológico destes órgãos. A presença de centros germinativos foi observada através da realização de uma staining H&E em amostras de tecido das amígdalas. Adicionalmente, as CMNs das amígdalas foram estimuladas com Enterotoxina B Estafilocócica e cultivadas num sistema transwell até 15 dias, para induzir a reagregarão celular e a formação de organoides. Os resultados deste estudo mostraram que a panorama imunológico das amígdalas palatinas humanas está de acordo com o que é esperado para os OLSs. Foram detetados linfócitos T e B, incluindo as células T auxiliares foliculares, que são cruciais para a produção de anticorpos, mostrando que estes órgãos são imunocompetentes. Foi, ainda, possível estabelecer organoides de amígdalas onde viabilidade celular foi mantida durante 10 dias a Com este trabalho, foram dados os primeiros passos para o desenvolvimento de um sistema de órgãos-em-chip para amígdalas humanas, que recapitulará com precisão a estrutura e a função dos OLSs humanos in vitro.