Untersuchung der epithelialen Effekte von intestinalen Entzündungen in vitro auf etablierte murine Kolonoide
2. Juni 2023
Wir beschreiben ein Protokoll, das die Isolierung von murinen Kolonkrypten für die Entwicklung von 3-dimensionalen Kolonoiden beschreibt. Die etablierten Kolonoide können dann terminalisiert werden, um die zelluläre Zusammensetzung des Wirtsepithels widerzuspiegeln, bevor sie eine entzündliche Herausforderung erhalten oder angewiesen werden, eine epitheliale Monoschicht zu bilden.
Durch unsere Forschung wollen wir untersuchen, wie murine Kolonoide von einem konventionellen Kolonoidkultursystem modifiziert werden können, um bestimmte Aspekte der Darmphysiologie und ihre Veränderung bei Vorhandensein eines entzündeten Krankheitszustands zu untersuchen. Die Untersuchung der Barrierefunktion und der Darmphysiologie bei Krankheitszuständen wie entzündlichen Darmerkrankungen ist begrenzt, wenn ein traditionelles murines Kolonoidkultursystem verwendet wird, das nur die Physiologie der Stammzellen widerspiegelt. Unser Protokoll ist insofern vorteilhaft, als es dem Leser mehrere Techniken zur Verfügung stellt, um zu untersuchen, wie Entzündungsmediatoren das Darmepithel beeinflussen, indem es sie entweder terminale Differenzierung oder die Schaffung eines 2D-Monolayer-Systems ermöglicht.
In Zukunft wird sich unser Labor darauf konzentrieren, zu verstehen, wie das menschliche Darmkultursystem verändert werden kann, um verschiedene Aspekte der Darmphysiologie und -erkrankungen, insbesondere entzündliche Darmerkrankungen, zu untersuchen.
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Übersicht
Diese Studie stellt ein Protokoll zur Isolierung muriner kolonaler Krypten zur Entwicklung dreidimensionaler Kolonoiden vor, die differenziert werden können, um das intestinale Epithel nachzuahmen. Dieser Ansatz ermöglicht die Untersuchung der intestinalen Physiologie und der Barrierefunktion bei Krankheitszuständen, insbesondere bei entzündlichen Darmerkrankungen.
Wesentliche Studienkomponenten
Forschungsbereich
- Darmphysiologie
- Kolonoid-Kultursysteme
- Entzündliche Darmerkrankung
Hintergrund
- Traditionelle Kolonoid-Kulturen spiegeln nur die Physiologie von Stammzellen wider.
- Einschränkungen der Studie beim Verständnis entzündlicher Reaktionen im intestinalen Epithel.
- Notwendigkeit fortgeschrittener Modelle zur Simulation von Krankheitsbedingungen.
Verwendete Methoden
- Isolierung muriner kolonaler Krypten und Entwicklung von Kolonoiden.
- Terminale Differenzierung zur Modellierung des Wirtsepithels.
- Einrichtung eines zweidimensionalen Monolayersystems für detaillierte Untersuchungen der Barrierefunktion.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Erzeugung von Kolonoiden, die dem Darmepithel ähneln.
- Nachweis der Wirkung entzündlicher Mediatoren auf die epitheliale Integrität.
- Bereitstellung einer neuen Plattform zur Untersuchung der entzündlichen Darmerkrankung.
Schlussfolgerungen
- Das Protokoll ermöglicht eine genauere Modellierung entzündlicher Reaktionen im Darm.
- Bedeutende Implikationen für das Verständnis und die Behandlung von Darmerkrankungen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Modellierung der Reaktionen des intestinalen Epithels auf Entzündungen ist entscheidend, um das Risiko bei der frühen Entdeckung von Therapeutika für entzündliche Darmerkrankungen zu verringern. Die beschriebenen murinen Kolonoid- und 2D-Monoschichtsysteme ermöglichen eine direkte Untersuchung der Barrierefunktion und der epithelialen Physiologie unter krankheitsrelevanten Bedingungen. Dieser Ansatz stärkt die Vorhersagekraft bei der Zielvalidierung und unterstützt die translationale Kohärenz für gastrointestinale Arzneimittelportfolios.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die mechanistische Untersuchung der epithelialen Barrierestörung, die für die Pathogenese von entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) relevant ist.
- Unterstützt die funktionelle Zielstruktur-Validierung, indem die Auswirkungen entzündlicher Mediatoren auf differenzierte epitheliale Zellen modelliert werden.
- Erleichtert die biologische Entschärfung von Risiken, indem Antworten von Stammzellen und terminal differenzierten Zellen voneinander unterschieden werden.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet eine Plattform zur quantitativen Beurteilung der Barrierefunktion als Reaktion auf entzündliche Reize.
- Ermöglicht die Herstellung standardisierter zweidimensionaler Monolayersysteme für reproduzierbare Wirkstofftests.
- Unterstützt die Assay-Entwicklung zur Bewertung therapeutischer Maßnahmen hinsichtlich der epithelialen Integrität.
Translationale und präklinische Forschung
- Stimmt in vitro gewonnene Ergebnisse mit krankheitsrelevanten epithelialen Reaktionen, die bei entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) beobachtet werden, ab.
- Bietet Kontinuität von mechanistischen Studien im Entdeckungsstadium bis zur präklinischen Validierung von Therapien zur Modulation der Barrierefunktion.
- Ermöglicht risikoadjustierte Fortschrittsentscheidungen durch Modellierung menschlicher Krankheitsmerkmale in murinen Systemen.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieses Protokoll verbindet die frühe Entdeckung mit der präklinischen Forschung, indem es eine hypothesengeleitete Untersuchung der epithelialen Barrierefunktion und entzündlichen Reaktionen unter kontrollierten in-vitro-Bedingungen ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung zum Einfluss entzündlicher Mediatoren auf die epitheliale Physiologie.
- Screening: Bietet reproduzierbare, quantitative Messgrößen zur Beurteilung der Barrierefunktion für die Evaluierung von Substanzen.
- Analytik: Ermöglicht die Messung der epithelialen Konfluenz und Barrierefunktion unter definierten Bedingungen.
- Translationale Forschung: Modelliert krankheitsrelevante epitheliale Veränderungen zur präklinischen Abstimmung von Biomarkern.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Schafft eine wiederverwendbare Plattform, die an verschiedene entzündliche und therapeutische Kontexte angepasst werden kann.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Validierung epithelialer Zielstrukturen und der mechanistischen Entlastung von Risiken.
- Operativer Wert: Standardisiert die in-vitro-Modellierung intestinaler Entzündungen hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit.
- Strategischer Wert: Unterstützt Go/No-Go-Entscheidungen, indem funktionelle, krankheitsrelevante Endpunkte bereitgestellt werden.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung von Wirkstoffkandidaten für entzündliche Darmerkrankungen und gastrointestinale Therapien.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Organoidkultur und der epithelialen Zellbiologie.
- Benötigt Zugang zu spezialisierten Zellkulturinserts und analytischen Geräten zur Beurteilung der Barrierefunktion.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise bei der Behandlung mit entzündungsfördernden Mediatoren und bei den Auswerteprotokollen über mehrere Arbeitsgruppen hinweg.
- Einsatz in verschiedenen murinen oder potenziell humanen Kolonoidsystemen möglich, nach Optimierung des Protokolls.
- Zu den Einschränkungen gehören eine mögliche Abweichung von den in-vivo-Epithelantworten sowie die Skalierbarkeit für Hochdurchsatz-Screenings.
