Hochdurchsatz-Bioprinting-Verfahren zur Modellierung der Gefäßpermeabilität in Standard-Sechs-Well-Platten mit Größen- und Musterflexibilität
August 16th, 2024
Wir stellen ein Protokoll für die Hochdurchsatzproduktion von Gefäßkanälen mit flexiblen Größen und gewünschten Mustern auf einer Standard-Sechs-Well-Platte unter Verwendung der 3D-Bioprinting-Technologie vor, die als Gefäße auf einer Platte (VOP) bezeichnet wird. Diese Plattform hat das Potenzial, die Entwicklung von Therapeutika für die mit einem kompromittierten Endothel verbundenen Erkrankungen voranzutreiben.
Die Entwicklung neuartiger Therapien, die auf die Gefäßpermeabilität abzielen, eine Vorstufe zu weit verbreiteten Krankheiten wie Atherosklerose, erfordert strenge präklinische Tests. Komplexe Herstellungsmethoden behindern jedoch häufig die Reproduzierbarkeit und Hochdurchsatzproduktion der in vitro Modelle, was eine Voraussetzung für pharmakologische Tests ist. Hier nutzen wir die Automatisierung der Multimaterial-Bioprinting-Technologie, um dieses Problem anzugehen.
Durch die Integration des konventionellen Well-Plattensystems mit computergesteuertem 3D-Druck haben wir den Herstellungsprozess rationalisiert, den Kulturprozess vereinfacht und die Echtzeitanalyse aufgrund seiner Kompatibilität mit Mikroplatten-Readern und mikroskopischen Bildgebungsaufbauten ermöglicht. Bestehende Methoden beinhalten jedoch oft mehrstufige und manuelle Herstellungsprozesse, die ihre Reproduzierbarkeit behindern. Unsere Forschung führt die softwarebezogene Herstellung von in vitro menschlichen Blutgefäßmodellen mit komplexen Geometrien ein.
Bioprinting auf Multiwell-Platten ermöglicht eine On-Demand-Produktion mit hohem Durchsatz. Diese Fortschritte deuten darauf hin, dass In-vitro-Gewebemodelle für zukünftige medizinische Entdeckungen von entscheidender Bedeutung sein werden.
Übersicht
Diese Studie präsentiert ein Protokoll für die Hochdurchsatzproduktion von Gefäßkanälen unter Verwendung der 3D-Bioprinting-Technologie. Die Vessels-on-a-Plate (VOP) Plattform zielt darauf ab, die therapeutische Entwicklung für Störungen im Zusammenhang mit einem beeinträchtigten Endothel zu verbessern.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Gefäßbiologie
- 3D-Bioprinting
- Pharmakologische Tests
Hintergrund
- Die Zielsteuerung der vaskulären Permeabilität ist entscheidend für die Behandlung von Krankheiten wie Atherosklerose.
- Präklinische Tests erfordern reproduzierbare In-vitro-Modelle.
- Komplexe Herstellungsverfahren können die Modellproduktion behindern.
- Automatisierung im Bioprinting kann den Prozess rationalisieren.
Zweck der Studie
- Eine Hochdurchsatzmethode für die Erstellung von Gefäßmodellen zu entwickeln.
- Die Reproduzierbarkeit von In-vitro-Menschenblutgefäßmodellen zu verbessern.
- Eine Echtzeitanalyse zu ermöglichen, die mit vorhandenen Laborgeräten kompatibel ist.
Verwendete Methoden
- Integration von Multi-Material-Bioprinting-Technologie.
- Verwendung eines Standard-Sechs-Well-Platten-Systems.
- Computergesteuertes 3D-Drucken für die Modellherstellung.
- Kompatibilität mit Mikroplatten-Readern und Bildgebungsaufbauten.
Hauptergebnisse
- Erfolgreiche Produktion von Gefäßkanälen mit flexiblen Größen.
- Rationalisierter Herstellungsprozess verbessert die Reproduzierbarkeit.
- Echtzeitanalyse-Fähigkeiten verbessern experimentelle Ergebnisse.
- Potenzielle Fortschritte in der therapeutischen Entwicklung für Gefäßerkrankungen.
Schlussfolgerungen
- Die VOP-Plattform bietet einen neuartigen Ansatz zur Produktion von Gefäßmodellen.
- Automatisierung im Bioprinting kann die Testseffizienz erheblich verbessern.
- Diese Methode könnte zu besseren therapeutischen Strategien für endotheliale Erkrankungen führen.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
High-throughput bioprinting of vascular models in standard six-well plates addresses a critical bottleneck in preclinical drug discovery by enabling reproducible, scalable, and physiologically relevant assessment of vascular permeability. This platform supports predictive confidence in evaluating endothelial barrier function, directly impacting early-stage target validation and compound triage for vascular and blood-brain barrier-related indications. Its automation and compatibility with standard analytical infrastructure position it as a reusable asset for enterprise R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to endothelial dysfunction and vascular permeability.
- Supports biological de-risking by modeling human-relevant vascular geometries and barrier properties.
- Facilitates functional target validation through quantitative permeability measurements in engineered vessels.
- Improves predictive confidence for portfolio triage of vascular-targeted assets.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, perfusable vascular systems for downstream compound screening workflows.
- Standardizes assay conditions and geometry, enhancing reproducibility and quantitative output consistency.
- Enables high-throughput, parallelized testing in a microplate-compatible format.
- Supports reliable evaluation of compound effects on endothelial integrity and permeability.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro vascular models with disease-relevant human endothelial biology.
- Provides continuity from early discovery through preclinical validation of vascular-targeted therapies.
- De-risks translational advancement by enabling mechanistic studies of barrier modulation.
- Facilitates biomarker development for vascular permeability endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
This bioprinting method integrates into the discovery continuum from early target validation through lead identification and preclinical assessment of vascular function.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and mechanistic de-risking of endothelial targets.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible vascular models for compound evaluation.
- Analytics: Provides quantitative permeability readouts compatible with microplate readers and imaging systems.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical models of vascular dysfunction.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, automated platform adaptable across vascular biology programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in vascular permeability studies.
- Operational Value: Streamlines fabrication, standardizes workflows, and enhances reproducibility at scale.
- Strategic Value: Enables more informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of vascular and barrier-targeted assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in bioprinting, endothelial cell culture, and quantitative permeability assays.
- Needs access to computer-controlled 3D bioprinters, microplate readers, and imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of fabrication and assay protocols for reproducibility.
- Adaptable to various vascular geometries and sizes within standard plate formats.
- Limited by the need for specialized materials and cell sourcing as described in the protocol.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:12
Programming and Preparation of a 3D Bioprinter to Produce Vessels‐on‐a‐Plate (VOP) for Cell Culture
2:50
Fabrication of Vessels‐on‐a‐Plate (VOP) Platform Using a 3D Bioprinter to Facilitate Cell Culture
3:52
Hydrogel Preparation and Channel Embedding of a Vessels‐on‐a‐Plate (VOP) Platform for the Culture of Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVEC)
4:51
Human Umbilical Vein Endothelial Cell (HUVEC) Endothelization of a Vessels‐on‐a‐Plate (VOP) Platform
