Nutzung der MicroSiM (μSiM) Barrieregewebeplattform zur Modellierung der Blut-Hirn-Schranke
12. Januar 2024
Dieser Bericht enthält Protokolle für den Aufbau, die Zellkultur und die Assays auf der μSiM-Plattform für den Aufbau von Blut-Hirn-Schrankenmodellen.
Wir entwickeln ein Gewebe-GI-Modell der Blut-Hirn-Schranke, um die Auswirkungen der Sepsis auf das Gehirn und den Beitrag von durch Blut übertragenen Faktoren zu verstehen. Verwendung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen. Wir planen, den Beitrag genetischer Faktoren zur Anfälligkeit bestimmter Patientenpopulationen zu untersuchen.
Aktuelle experimentelle Herausforderungen innerhalb der Tissue-Chip-Community sind die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und die Übernahme von Techniken durch externe Labore. Einzigartige Tissue-Chip-Designs, kleine Volumina innerhalb von Tissue-Chips und das Fehlen von funktionellen Standardassays tragen zu diesen Herausforderungen bei und beschränken die Anwender oft auf fluoreszenzbasierte Assays als primären Output. Mikro-Simm-Geräte bieten Modularität für vielseitige In-vitro-Modellierung, eine Glaslichtoberfläche, die sich ideal für hochauflösende Lifestyle-Bildgebung eignet, und eine hochproduzierte Ultra-Syn-100-Nanometer-Nanomembran, die ein nahtloses Übersprechen löslicher Faktoren und präzise Permeabilitätsassays gewährleistet.
Mit dem Mikro-Simm haben wir gesehen, dass bestimmte Zelltypen dazu neigen, mehr von den Matrixproteinen zu produzieren, die ein unterstützendes Gerüst um die Blutgefäße des Gehirns bilden. Jetzt können wir uns fragen, ob Entzündungen dazu führen, dass dieselben Zellen ihre Matrizen stärken oder abbauen und dadurch die Integrität der Barriere verändern. In Zukunft werden wir das Modell um ein weiteres Kompartiment mit grünen Zellen wie Astrozyten und Mikroglia erweitern, um zu untersuchen, wie diese Zellen bei systemischen Entzündungen wie Sepsis mit der Blut-Hirn-Schranke interagieren.
Wir planen auch, weitere Ursachen systemischer Entzündungen wie postoperatives Delir zu untersuchen, das mit Demenz überlagert ist.
Überblick
Diese Studie entwickelt ein Gewebechip-Modell der Blut-Hirn-Schranke, um die Auswirkungen von Sepsis auf die Gehirnfunktion zu untersuchen. Unter Verwendung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen zielt die Forschung darauf ab, genetische Faktoren zu bewerten, die die Anfälligkeit von Patienten beeinflussen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Zellbiologie
- Gewebeengineering
Hintergrund
- Das Verständnis der Blut-Hirn-Schranke ist entscheidend für die Untersuchung neurologischer Erkrankungen.
- Aktuelle Herausforderungen umfassen Reproduzierbarkeit und Standardisierung in der Gewebechip-Technologie.
- MicroSIM-Geräte bieten innovative Lösungen für die In-vitro-Modellierung.
- Der Einfluss von Entzündungen auf die Integrität der Barriere ist ein wichtiger Untersuchungsbereich.
Zweck der Studie
- Ein zuverlässiges Modell zur Untersuchung der Dynamik der Blut-Hirn-Schranke zu erstellen.
- Zu untersuchen, wie systemische Entzündungen die Gehirngesundheit beeinflussen.
- Die Rolle verschiedener Zelltypen bei der Aufrechterhaltung der Barriereintegrität zu bewerten.
Verwendete Methoden
- Montage von MicroSIM-Geräten für die Zellkultur.
- Zellbesiedlungs- und Inkubationsprotokolle für Endothelzellen.
- Immunfärbetechniken zur Visualisierung von Zellinteraktionen.
- Konfokale Mikroskopie zur Bildgebung und Analyse der Barriereigenschaften.
Hauptergebnisse
- MicroSIM-Geräte zeigten effektive Zellkulturbedingungen.
- Es wurde gezeigt, dass Entzündungen die Produktion von Matrixproteinen verändern.
- Optimale Besiedlungsdichten wurden für eine effektive Ko-Kultur identifiziert.
- Es wurden deutliche Zellschichten beobachtet, was auf eine erfolgreiche Modellentwicklung hinweist.
Schlussfolgerungen
- Die MicroSIM-Plattform ist ein vielversprechendes Werkzeug zur Untersuchung der Blut-Hirn-Schranke.
- Zukünftige Studien werden das Modell um Astrozyten und Mikroglia erweitern.
- Diese Forschung kann zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen systemischer Entzündungen auf das Gehirn führen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
The microSiM (µSiM) barrier tissue platform enables advanced modeling of the blood-brain barrier (BBB) with live cell imaging and direct quantitative permeability assessment. This capability addresses reproducibility and standardization challenges in preclinical BBB research, supporting predictive confidence in CNS drug discovery and mechanistic de-risking. The platform's compatibility with both primary and hiPSC-derived cells positions it as a reusable asset for translational neuroscience portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of BBB integrity and cellular interactions under disease-relevant conditions.
- Supports mechanistic de-risking by allowing direct assessment of matrix protein dynamics and barrier function.
- Facilitates functional target validation through quantitative permeability assays and immunofluorescence readouts.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, modular system for reproducible BBB model establishment across labs.
- Delivers quantitative outputs for permeability and immunostaining, supporting assay development and optimization.
- Enables high-resolution imaging and direct readout without membrane extraction, streamlining workflow integration.
Translational & Preclinical Research
- Models human BBB using both primary and hiPSC-derived cells, enhancing disease relevance and translational continuity.
- Allows investigation of genetic and inflammatory factors impacting BBB function, supporting biomarker alignment.
- Facilitates risk-adjusted advancement decisions by providing robust, reproducible barrier function data.
Pipeline & Workflow Integration
The microSiM platform fits from early discovery through preclinical validation, enabling hypothesis testing, assay development, and translational research in CNS drug pipelines.
- Discovery Biology: Supports mechanistic studies of BBB integrity, matrix remodeling, and cellular crosstalk under inflammatory or genetic perturbations.
- Screening: Provides reproducible, quantitative permeability and immunofluorescence outputs for compound evaluation.
- Analytics: Enables direct measurement of barrier function and cell layer integrity, supporting cross-condition comparisons.
- Translational Research: Aligns with human disease models by leveraging hiPSC-derived and primary cell co-cultures.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, standardized platform adaptable to diverse BBB research and screening needs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in BBB studies.
- Operational Value: Enhances reproducibility, standardization, and scalability across research teams.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by providing robust, quantitative data.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of CNS-targeted assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cell culture, immunostaining, and confocal imaging.
- Needs access to microSiM devices, biosafety infrastructure, and analytical instrumentation.
- Demands cross-team standardization for reproducible permeability and imaging assays.
- Adaptable to both primary and hiPSC-derived cell models for broader applicability.
- Dependent on careful optimization of seeding densities and culture durations for barrier maturation.
