Morfogénesis tridimensional en el intestino canino en un chip utilizando organoides intestinales derivados de pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal
9 de febrero de 2024
La integración de organoides intestinales caninos y un sistema microfluídico Gut-on-a-Chip ofrece modelos traslacionales relevantes para las enfermedades intestinales humanas. Los protocolos presentados permiten la morfogénesis en 3D y el modelado dinámico in vitro del intestino, lo que ayuda en el desarrollo de tratamientos efectivos para enfermedades intestinales en perros y humanos con One Health.
Nuestro objetivo de investigación es crear un método para cultivar estructuras 3D utilizando células intestinales de animales similares a los humanos, específicamente perros. La morfogénesis celular intestinal se ha estudiado en gran medida a través de modelos animales de laboratorio, que son costosos, requieren mucho tiempo y no representan con precisión los procesos de desarrollo humano. Además, los modelos de cultivo celular estáticos 2D convencionales carecen de la capacidad de imitar la compleja organización espacial de una arquitectura abSerial 3D.
Lograr la unión de células individuales derivadas de organoides intestinales en la superficie de PDMS recubierta de ECM ha planteado un desafío importante. Un paso fundamental para abordar este desafío es garantizar un recubrimiento ECM uniforme a través de la activación de la superficie y permitir que se seque durante la noche. La integración de la tecnología de organoides caninos derivados de pacientes con la morfogénesis 3D in vitro ofrece una vía prometedora para llevar a cabo investigaciones traslacionales en enfermedades crónicas multifactoriales, alineándose con la iniciativa One Health.
El protocolo para la EII canina, que se puso en un chip, ofrece un modelo replicable para la medicina comparativa, lo que permite estudios sobre la morfogénesis intestinal, las interacciones huésped-microbioma, las infecciones, las pruebas de detección de fármacos y probióticos, y tiene aplicabilidad entre especies.
Resumen
Este estudio se centra en la integración de organoides intestinales caninos con un sistema microfluídico tipo intestino-en-un-chip, proporcionando un modelo relevante para enfermedades intestinales humanas. Los protocolos desarrollados facilitan la morfogénesis tridimensional y la modelización dinámica in vitro del intestino, contribuyendo al avance de tratamientos para enfermedades intestinales tanto en perros como en humanos.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Medicina Comparativa
- Microfluídica
Antecedentes
- La morfogénesis celular intestinal es fundamental para comprender la salud intestinal.
- Los modelos tradicionales a menudo no representan con precisión los procesos humanos.
- Los modelos caninos proporcionan una aproximación más cercana a las enfermedades intestinales humanas.
- La Iniciativa de Una Sola Salud enfatiza la interconexión entre la salud humana y la animal.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un modelo replicable para estudiar la morfogénesis intestinal.
- Explorar las interacciones entre el huésped y el microbioma y sus implicaciones para la salud.
- Facilitar cribados de fármacos y probióticos en un contexto comparativo.
Métodos Utilizados
- Preparación del dispositivo Gut-on-a-Chip con recubrimiento de matriz extracelular (ECM).
- Siembra de organoides intestinales caninos en el sistema microfluídico.
- Aplicación de flujo continuo y deformación cíclica para imitar condiciones fisiológicas.
- Tinción inmunofluorescente para evaluar la estructura tridimensional y la función de barrera.
Resultados principales
- Establecimiento exitoso de la morfogénesis tridimensional en el sistema microfluídico.
- Observación de estructuras similares a vellosidades y barreras intestinales funcionales.
- Se demostró el potencial para estudios comparativos en enfermedades intestinales.
- Se validó el modelo para futuras investigaciones traslacionales.
Conclusiones
- El modelo de intestino-en-un-chip es una herramienta prometedora para estudiar la salud intestinal.
- La integración de organoides caninos mejora la relevancia de los hallazgos.
- Este enfoque se alinea con la perspectiva de Una Sola Salud, beneficiando tanto la salud humana como la animal.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La integración de organoides intestinales caninos con sistemas microfluídicos tipo intestino-en-un-chip permite modelos in vitro dinámicos y fisiológicamente relevantes para la investigación de enfermedades intestinales. Este enfoque aborda las limitaciones de los modelos animales y estáticos tradicionales al proporcionar una plataforma para estudios predictivos y traslacionales en contextos tanto veterinarios como humanos. Los modelos resultantes permiten obtener conocimientos transespecíficos, mejorando la validación de dianas terapéuticas y reduciendo los riesgos en las fases iniciales del descubrimiento de tratamientos intestinales.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biofármacos
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la exploración de vías biológicas relevantes para la enfermedad utilizando células primarias de casos espontáneos de EII canina.
- Apoya la validación funcional de dianas al reproducir la morfogénesis intestinal tridimensional y la función de barrera.
- Facilita la desvinculación mecanicista mediante la observación directa de las interacciones entre el hospedador y el microbioma, y de las interacciones epiteliales.
Desarrollo de Pruebas y Cribado
- Proporciona una plataforma estandarizada y reproducible para la selección de fármacos y probióticos en un entorno intestinal dinámico.
- Ofrece resultados cuantitativos, como mediciones de TER, para la evaluación de la integridad de la barrera.
- Prepara sistemas biológicos validados para la evaluación escalable de compuestos y comparaciones entre especies.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Se alinea con estrategias traslacionales de biomarcadores mediante la modelización de enfermedades espontáneas en un marco de Una Sola Salud.
- Permite la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica utilizando modelos caninos fisiológicamente relevantes.
- Apoya decisiones de avance ajustadas al riesgo al conectar la investigación de enfermedades intestinales veterinarias y humanas.
Integración de la Línea de Proceso y Flujo de Trabajo
Este protocolo de intestino-en-un-chip se sitúa en la intersección entre el descubrimiento temprano, la identificación de compuestos activos y la investigación preclínica para programas de enfermedades intestinales.
- Biología de Descubrimiento: Avanza en la comprobación de hipótesis y la clarificación de vías en sistemas relevantes para enfermedades.
- Selección: Establece la disponibilidad y reproducibilidad del ensayo para pruebas funcionales y de barrera.
- Análisis: Permite lecturas cuantitativas como el TEER y el análisis estructural inmunofluorescente.
- Investigación Traducional: Proporciona una plataforma multi-especie para la alineación de biomarcadores y estudios comparativos.
- Reutilización Empresarial: Ofrece un sistema microfluídico reutilizable adaptable a diversos modelos de enfermedades intestinales.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la modelización de enfermedades intestinales.
- Valor operativo: Proporciona flujos de trabajo estandarizados, escalables y reproducibles para ensayos basados en organoides.
- Valor estratégico: Mejora la toma de decisiones de avance o interrupción del desarrollo y la eficiencia del capital al permitir la reducción temprana de riesgos.
- Impacto en la cartera: Apoya la priorización ajustada al riesgo y el avance interspecies de terapéuticos intestinales.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en cultivo de organoides, microfluídica y manejo de tejidos caninos.
- Exige acceso a infraestructura para recubrimiento con matriz extracelular (ECM), instrumentación de microfluídica y medición de la resistencia eléctrica transepitelial (TEER).
- Necesita estandarización entre equipos para el recubrimiento uniforme con ECM y la siembra de células.
- La adaptación a diferentes especies o modelos de enfermedad puede requerir optimización del protocolo.
- Las limitaciones incluyen desafíos técnicos en la adhesión uniforme de células y el mantenimiento de la morfogénesis tridimensional.
