Grundlegendes dreidimensionales (3D) Darmmodellsystem mit einer Immunkomponente
1. September 2023
Hier beschreiben wir die Konstruktion eines grundlegenden dreidimensionalen (3D) intestinalen Zelllinienmodellsystems und eines Paraffin-Einbettungsprotokolls für die lichtmikroskopische Bewertung von fixierten intestinalen Äquivalenten. Die Färbung ausgewählter Proteine ermöglicht die Analyse mehrerer visueller Parameter aus einem einzigen Experiment für den potenziellen Einsatz in präklinischen Wirkstoff-Screening-Studien.
Ziel der Arbeit ist es, diese in vitro dreidimensionalen humanen Zelllinienmodelle zu verwenden, um die Tatsache von nützlichen und hilfreichen Verbindungen auf Darmgewebe zu untersuchen. Die Modelle können zur weiteren Erforschung des Verständnisses und auch als grundlegendes Arzneimittelmodell verwendet werden. Unter Verwendung der pflanzlichen Verbindungen Spermidin und Eugenol, sowohl einzeln als auch zusammen in Form von Nahrungsergänzungsmitteln, messen wir mit diesen Modellen einen positiven Anstieg der Autophagie und einen Rückgang der Entzündung.
Dann können wir auch die potenziell schädliche Wirkung von Gluten, das aus bestimmten Weizensorten gewonnen wird, auf das Darmgewebe zeigen. Wir verwenden derzeit kostengünstige, standardisierte und leicht wiederholbare In-vitro-Systeme, die die Physiologie des menschlichen Darms als Alternative zu Tiermodellen besser widerspiegeln. Da wir auch kommerzielle menschliche Zelllinien anstelle von pflanzlichen Zellen verwenden, sind die Antworten aus der Studie eher auf die Allgemeinbevölkerung anwendbar.
Das Protokoll basiert vollständig auf der Verwendung verschiedener Leitungen. Dadurch wird das Modell am standardisiertesten und reproduzierbarsten. Darüber hinaus ermöglicht die gleichzeitige Kultivierung verschiedener Zelllinien, Enterozyten, Fibroblasten und Zellen des Immunsystems zelluläre Reaktionen, die dem im Patienten näher kommen.
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Übersicht
Diese Studie stellt ein dreidimensionales (3D) Zelllinienmodell des Darms vor, mit dem die Wirkungen verschiedener Verbindungen auf die Darmgesundheit untersucht werden können. Mithilfe dieses Modells zeigten Forscher, dass pflanzliche Verbindungen wie Spermidin und Eugenol förderliche zelluläre Prozesse verbessern können, während Gluten aus bestimmten Weizensorten das Darmgewebe schädigen könnte.
Wesentliche Studienkomponenten
Forschungsbereich
- Zellbiologie
- Darmgesundheit und -pathologie
- Wirkstoffscreening
Hintergrund
- Notwendigkeit verbesserter In-vitro-Systeme, die die menschliche Physiologie widerspiegeln.
- Herausforderungen im Zusammenhang mit herkömmlichen Tiermodellen.
- Bedeutung standardisierter und reproduzierbarer Modelle.
Verwendete Methoden
- Dreidimensionale Kokultur von Enterocyten, Fibroblasten und Immunzellen aus Zelllinien.
- Beurteilung der zellulären Reaktionen auf Behandlungen.
- Paraffineinbettung zur histologischen Analyse.
Hauptergebnisse
- Erhöhte Autophagie und Entzündungen durch pflanzliche Verbindungen.
- Verminderte Dicke der epithelialen Schicht und gestörte zelluläre Monoschicht bei hohem Glutenanteil.
- Aktivierung und Differenzierung von Monozyten bei Glutenaussetzung.
Schlussfolgerungen
- Die Studie liefert ein zuverlässiges In-vitro-Modell zur Untersuchung der Reaktionen des Darms auf Nahrungsbestandteile.
- Die Ergebnisse sind relevant für das Verständnis der Auswirkungen der Ernährung auf die intestinale Gesundheit des Menschen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Dreidimensionale Darstellungsmodelle des Darms mit Immunbestandteilen begegnen dem Bedarf an physiologisch relevanteren, reproduzierbaren Systemen für die frühe Arzneimittelentwicklung und Toxizitätsprüfung. Dieses Modell ermöglicht die quantitative Beurteilung der Barrierefunktion, der Immunaktivierung und der Gewebeantworten auf sowohl nützliche als auch schädliche Substanzen und unterstützt so die Vorhersagegenauigkeit in der präklinischen Bewertung. Durch sein standardisiertes, zellbasiertes Design fördert es die Übertragbarkeit und verringert die Abhängigkeit von Tierversuchen, was den strategischen Forschungs- und Entwicklungszielen entspricht.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen im Zusammenhang mit intestinaler Entzündung und Barrierefunktion.
- Unterstützt die biologische Risikominimierung durch Modellierung von Interaktionen zwischen Immunsystem und Epithel in einem kontrollierten System.
- Erleichtert die funktionelle Validierung von Zielstrukturen anhand quantifizierbarer Messgrößen für epitheliale Integrität und Immunaktivierung.
- Bietet vorhersagbare Sicherheit bei der Selektion von Wirkstoffen in frühen Portfolio-Phasen.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bereitet validierte 3D-Darmsysteme für nachgeschaltete Wirkstoff-Screening-Workflows vor.
- Liefert standardisierte, reproduzierbare und quantitative Ergebnisse wie Monolayer-Dicke und Expression von Tight-Junction-Proteinen.
- Ermöglicht eine zuverlässige Bewertung sowohl pro- als auch antiinflammatorischer Wirkstoffe.
- Unterstützt Skalierbarkeit und Wiederverwendung der Plattform für Hochdurchsatz-Screening-Initiativen.
Translationale und präklinische Forschung
- Ermöglicht die Übereinstimmung mit krankheitsrelevanten Mechanismen durch Modellierung immunvermittelter intestinaler Reaktionen.
- Bietet Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung der Barrierefunktion und immunmodulatorischer Effekte.
- Ermöglicht risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung basierend auf quantifizierbaren, translationsrelevanten Endpunkten.
- Unterstützt die mechanistische Risikominimierung für Wirkstoffe, die auf intestinale Entzündungen oder eine gestörte Barrierefunktion abzielen.
Pipeline- und Workflow-Integration
Dieses 3D-Darmmodellsystem ist in die Entwicklungs- bis präklinische Kontinuum integriert und unterstützt sowohl die Zielvalidierung als auch die Identifizierung von Leitverbindungen für Wirkstoffe, die die Darmgesundheit beeinflussen.
- Entdeckungsbiologie: Ermöglicht die Hypothesenprüfung zu Immun-Epithel-Interaktionen und Barrierestörungen.
- Screening: Bietet assaysichere, reproduzierbare Systeme mit quantitativen histologischen und immunologischen Auswertungen.
- Analytik: Ermöglicht die Messung der Monolayer-Dicke, der Sperrproteinkonzentrationen und der Immunzellaktivierung für vergleichende Analysen.
- Translationale Forschung: Modelliert krankheitsrelevante Reaktionen und unterstützt die Biomarker-Abstimmung sowie die präklinische Kontinuität.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine standardisierte, wiederverwendbare Plattform für die Bewertung unterschiedlicher Substanzen und mechanistische Untersuchungen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen bei der Modellierung von Darmerkrankungen.
- Operationaler Wert: Bietet standardisierte, reproduzierbare und skalierbare Arbeitsabläufe für fachübergreifende Teams.
- Strategischer Wert: Verbessert die Entscheidungsfindung hinsichtlich Projektfortführung oder -abbruch und die Kapitalnutzungseffizienz durch robuste präklinische Daten.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von Kandidaten, die auf die Darmgesundheit abzielen.
Durchlegungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der 3D-Zellkultur, Immunhistochemie und der quantitativen Bildanalyse.
- Benötigt Zugang zu Zellkulturanlagen, histologischen Geräten sowie analytischer Infrastruktur zur Quantifizierung von Zytokinen und Proteinen.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise über mehrere Arbeitsgruppen hinweg voraus, um Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten.
- Kann auf verschiedene Wirkstoffklassen angewendet werden, erfordert jedoch möglicherweise eine Optimierung für spezifische Krankheitsmodelle oder Endpunkte.
- Zu den Einschränkungen gehören die Komplexität des Modells sowie mögliche Unterschiede gegenüber den Reaktionen menschlichen Gewebes in vivo.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:32
Preparation of the Basic 3D Reconstructed Intestinal Mucosa Model for Microscopic Evaluation of Fixed Intestinal Equivalents
5:07
Paraffin Embedding of Basic 3D Reconstructed Intestinal Mucosa Model for Immune‐Histochemical Staining
