Humanes Pseudoislet-System zur synchronen Bestimmung der Dynamik fluoreszierender Biosensoren und Hormonsekretionsprofile
November 3rd, 2023
Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur synchronen Erfassung und Co-Registrierung von intrazellulären Signalereignissen und der Sekretion von Insulin und Glukagon durch primäre humane Pseudoinseln unter Verwendung der adenoviralen Verabreichung eines zyklischen Adenosinmonophosphat (cAMP)-Biosensors, eines cAMP-Differenzdetektors in situ (cADDis) und eines Mikroperifusionssystems.
Unser Labor arbeitet daran, Betazell-Dysfunktion und andere Augenlidanomalien bei Typ-1- und Typ-2-Diabetes zu verstehen, zu verhindern und umzukehren. Unsere Studien konzentrieren sich auf die Pathogenese des menschlichen Diabetes, indem wir Studien zur Biologie der menschlichen Bauchspeicheldrüse und Augenlider sowie zur Gesundheit und Krankheit integrieren. Menschliche Ösen sind sphärische 3D-Strukturen, und der Zugang zu Zellen über die gesamte Öse hinweg stellt einige experimentelle Herausforderungen dar.
Wenn wir beispielsweise versuchen, Biosensoren einzuführen, um die Signalübertragung von Augenzellen zu verstehen, überwindet unser Pseudo-Augenlidprotokoll diese Herausforderung, indem es genetische Manipulationen im Einzelzellzustand durchführt und diese transduzierten menschlichen Augenzellen für nachgelagerte Studien zu Pseudo-Augenlidern aggregiert. Unser Pseudo-Augenlidsystem ermöglicht es uns, Biosensoren in der gesamten Öse und nicht nur in der Augenlidoberfläche zu exprimieren. In Kombination mit unserer Lebendzell-Bildgebung und unserem Mikroperfusionssystem können wir dynamische intrazelluläre Prozesse mit nachgeschalteter Hormonsekretion sowohl messen als auch mitregistrieren.
Dieses Protokoll könnte angewendet werden, um eine Vielzahl wichtiger wissenschaftlicher Fragen zu beantworten. Zum Beispiel könnten Gen-Silencing-Strategien mit diesem Ansatz kombiniert werden, um den Einfluss eines interessierenden Gens auf die Augenlidfunktion und die damit verbundenen Signalwege zu verstehen, entweder global oder auf selbstspezifische Weise.
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Überblick
Diese Studie befasst sich mit Beta-Zell-Dysfunktion und Inselanomalien bei Diabetes unter Verwendung eines Pseudoinsel-Modellsystems für die synchrone Erfassung der zellulären Signalübertragung und Hormonsekretion. Die Methode verwendet adenovirale Verabreichung eines cAMP-Biosensors und ein Mikroperfusionssystem, um eine dynamische Analyse der Insulin- und Glucagon-Reaktionen zu ermöglichen.
Wichtige Studienkomponenten
Forschungsbereich
- Typ-1- und Typ-2-Diabetes
- Humane Inselbiologie
- Dynamik der Zellsignalübertragung
Hintergrund
- Humane Inseln sind kugelförmige Strukturen, die experimentelle Herausforderungen darstellen.
- Das Pseudoinsel-Protokoll löst diese Herausforderungen für eine effektive Biosensor-Einführung.
- Das Verständnis der Inselsignalübertragung ist entscheidend für die Diabetesforschung.
Verwendete Methoden
- Adenovirale Verabreichung für die Biosensor-Expression
- Primäres menschliches Pseudoinsel-Modell
- Mikroperfusionssystem zur Messung der Hormonsekretion
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Ko-Registrierung der intrazellulären Signalübertragung und Hormonfreisetzung.
- Ermöglichte Analyse der Auswirkungen der Gen-Silencing auf die Inselfunktion.
- Dynamische Überwachung der Sekretionsreaktionen in Echtzeit.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie bietet ein robustes Protokoll zur Untersuchung der Insel-Hormonsignalübertragung.
- Es hat bedeutende Auswirkungen auf das Verständnis der Inselbiologie bei Diabetes.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
The human pseudoislet system enables synchronous, quantitative assessment of intracellular signaling and hormone secretion in primary human islet cells, addressing a critical bottleneck in diabetes target validation. By allowing genetic manipulation and biosensor integration throughout the 3D islet structure, this platform enhances predictive confidence in mechanistic studies and supports risk-adjusted portfolio decisions in metabolic disease research. Its integration of live-cell imaging and microperifusion workflows positions it as a reusable capability for early discovery and translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking intracellular signaling to hormone secretion in human islet cells.
- Facilitates biological de-risking through gene-silencing or biosensor-based pathway clarification in a physiologically relevant 3D context.
- Supports predictive confidence and functional target validation for diabetes and metabolic disease programs.
Screening & Assay Development
- Prepares validated pseudoislet systems for downstream compound screening and mechanistic assays.
- Standardizes assay conditions for reproducible, quantitative measurement of hormone secretion and biosensor dynamics.
- Enables scalable, multiplexed evaluation of candidate interventions in a human-relevant model.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro findings with disease-relevant human islet biology for translational biomarker development.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by enabling mechanistic de-risking in primary human tissue.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by integrating functional and signaling readouts.
Pipeline & Workflow Integration
This system bridges early discovery, target validation, and preclinical research by enabling hypothesis-driven interrogation of islet signaling and function in a single workflow.
- Discovery Biology: Supports mechanistic hypothesis testing and pathway clarification via synchronous biosensor and hormone readouts.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible pseudoislet models for quantitative evaluation of interventions.
- Analytics: Provides dynamic, quantitative measurements of cAMP signaling and hormone secretion for robust condition comparison.
- Translational Research: Connects in vitro mechanistic insights to human disease biology, supporting biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Offers a standardized, adaptable platform for repeated use across metabolic disease discovery programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in diabetes target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of islet functional assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by integrating functional and signaling data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of metabolic disease assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in human islet isolation, genetic manipulation, and live-cell imaging.
- Demands access to confocal microscopy, microperifusion systems, and quantitative hormone analytics.
- Necessitates cross-team standardization of pseudoislet preparation and assay protocols.
- Adaptation may be needed for different donor sources or disease models.
- Throughput and scalability are limited by primary tissue availability and technical complexity.
