Morfogénesis tridimensional en el intestino canino en un chip utilizando organoides intestinales derivados de pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal
February 9th, 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.
Visión general
Este estudio se centra en la integración de organoides intestinales caninos con un sistema microfluídico Gut-on-a-Chip, proporcionando un modelo relevante para las enfermedades intestinales humanas. Los protocolos desarrollados facilitan la morfogénesis 3D y el modelado dinámico in vitro del intestino, contribuyendo al avance de los tratamientos para enfermedades intestinales tanto en perros como en humanos.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Medicina comparativa
- Microfluidos
Antecedentes
- La morfogénesis celular intestinal es crucial para entender la salud intestinal.
- Los modelos tradicionales a menudo no logran representar con precisión los procesos humanos.
- Los modelos caninos proporcionan una aproximación más cercana a las enfermedades intestinales humanas.
- La Iniciativa One Health enfatiza la interconexión de la salud humana y animal.
Propósito del estudio
- Desarrollar un modelo replicable para estudiar la morfogénesis intestinal.
- Explorar las interacciones huésped-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 ECM.
- Sembrado de organoides intestinales caninos en el sistema microfluídico.
- Aplicación de flujo continuo y tensión cíclica para imitar condiciones fisiológicas.
- Coloración inmunofluorescente para evaluar la estructura 3D y la función de barrera.
Principales resultados
- Establecimiento exitoso de morfogénesis 3D en el sistema microfluídico.
- Observación de estructuras tipo vellosidades y barreras intestinales funcionales.
- Potencial demostrado para estudios comparativos en enfermedades intestinales.
- Validación del modelo para futuras investigaciones traslacionales.
Conclusiones
- El modelo Gut-on-a-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 One Health, beneficiando tanto la salud humana como la animal.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Integrating canine intestinal organoids with microfluidic Gut-on-a-Chip systems enables physiologically relevant, dynamic in vitro models for intestinal disease research. This approach addresses the limitations of traditional static and animal models by providing a platform for predictive, translational studies in both veterinary and human contexts. The resulting models support cross-species insights, enhancing target validation and de-risking early-stage discovery for intestinal therapeutics.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of disease-relevant pathways using primary cells from spontaneous canine IBD cases.
- Supports functional target validation by recapitulating 3D intestinal morphogenesis and barrier function.
- Facilitates mechanistic de-risking through direct observation of host-microbiome and epithelial interactions.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, reproducible platform for drug and probiotic screening in a dynamic gut environment.
- Delivers quantitative outputs such as TEER measurements for barrier integrity assessment.
- Prepares validated biological systems for scalable compound evaluation and cross-species comparison.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker strategies by modeling spontaneous disease in a One Health framework.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation using physiologically relevant canine models.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by bridging veterinary and human intestinal disease research.
Pipeline & Workflow Integration
This Gut-on-a-Chip protocol positions itself at the intersection of early discovery, lead identification, and preclinical research for intestinal disease programs.
- Discovery Biology: Advances hypothesis testing and pathway clarification in disease-relevant systems.
- Screening: Establishes assay readiness and reproducibility for functional and barrier assays.
- Analytics: Enables quantitative readouts such as TEER and immunofluorescent structural analysis.
- Translational Research: Provides a cross-species platform for biomarker alignment and comparative studies.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable microfluidic system adaptable to various intestinal disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in intestinal disease modeling.
- Operational Value: Delivers standardized, scalable, and reproducible workflows for organoid-based assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by enabling early de-risking.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and cross-species advancement of intestinal therapeutics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in organoid culture, microfluidics, and canine tissue handling.
- Demands access to ECM-coating, microfluidic instrumentation, and TEER measurement infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization for reproducible ECM coating and cell seeding.
- Adaptation across species or disease models may require protocol optimization.
- Limitations include technical challenges in uniform cell attachment and maintaining 3D morphogenesis.
