Modelo de alvéolo en chip inmunocompetente para el estudio de las respuestas inmunitarias de la mucosa alveolar
May 31st, 2024
Los modelos de pulmón en chip superan a los cultivos 2D tradicionales al imitar la interfaz aire-líquido y la perfusión de células endoteliales, simulando el flujo sanguíneo y el intercambio de nutrientes cruciales para los estudios de fisiología pulmonar. Esto aumenta la relevancia de la investigación pulmonar, ya que ofrece un entorno dinámico y fisiológicamente preciso para avanzar en la comprensión y el tratamiento de las infecciones respiratorias.
Desarrollamos modelos in vitro fisiológicamente relevantes para responder a preguntas mecanicistas en infecciones humanas. Nos centramos en la respuesta inmunitaria del huésped. Cuando utilizamos este modelo para diseccionar la compleja interacción del patógeno con el huésped para identificar dianas moleculares y celulares para opciones terapéuticas en infecciones humanas.
Trabajar en un modelo de chip como el modelo lung-on-chip, equilibrado por la complejidad lógica con las necesidades específicas de investigación, ofreciendo información sobre la regulación de la respuesta humano-huésped. Este sistema imita in vivo la composición celular y la estructura 3D, proporcionando condiciones más definidas y un alto rendimiento que los experimentos con animales. En la tecnología de pulmón en chip, uno de los principales desafíos es seleccionar los tipos de células correctos que imiten la compleja funcionalidad del pulmón para los resultados del estudio de infección.
Además, es crucial ampliar el marco temporal del experimento más allá de los modelos in vitro tradicionales. El apalancamiento es la capacidad barata de mantener la viabilidad celular con un flujo continuo de nutrientes para una observación más prolongada, el experimento también es necesario. Desarrollamos el modelo base microfluídico del alvéolo humano como una herramienta eficaz para imitar el entorno alveolar humano.
Se logró mediante la aplicación de perfusión para imitar el flujo sanguíneo, y también mediante una estimulación mecánica a las células endoteliales. Y también integrando la interfaz aire-líquido para las células epiteliales exponiéndolas al aire. El siguiente paso es extender este modelo a una plataforma más avanzada, como el modelo basado en células madre pluripotentes inducidas.
De este modo, pretendemos acercar la medicina personalizada a su aplicación, especialmente en el contexto de las pruebas de fármacos antivirales, y como herramienta para la investigación biomédica y el desarrollo farmacéutico.
Visión general
Este estudio presenta el desarrollo de modelos de pulmón-en-un-chip que replican la interfaz aire-líquido y la perfusión de células endoteliales, mejorando la comprensión de las infecciones respiratorias. Estos modelos proporcionan un entorno dinámico y fisiológicamente preciso para la investigación pulmonar.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biología
- Modelos in vitro
Antecedentes
- Los cultivos 2D tradicionales carecen de relevancia fisiológica.
- La tecnología de pulmón-en-un-chip imita las condiciones in vivo.
- Entender las interacciones entre el huésped y el patógeno es crítico para el desarrollo terapéutico.
- Los desafíos incluyen seleccionar tipos celulares apropiados para la funcionalidad.
Propósito del estudio
- Desarrollar modelos in vitro que reflejen con precisión las infecciones humanas.
- Diseccionar las interacciones entre patógenos y el huésped humano.
- Identificar objetivos moleculares y celulares para terapias.
Métodos utilizados
- Tecnología de órgano-en-un-chip
- Selección de tipos celulares relevantes
- Experimentación de alto rendimiento
- Plazos experimentales extendidos
Resultados principales
- Los modelos de pulmón-en-un-chip proporcionan información sobre la regulación de la respuesta del huésped humano.
- Estos modelos equilibran la complejidad biológica con las necesidades específicas de investigación.
- Ofrecen condiciones más definidas en comparación con los modelos in vitro tradicionales.
- Los plazos extendidos permiten una mejor simulación de estudios de infección.
Conclusiones
- Los modelos de pulmón-en-un-chip mejoran la relevancia de la investigación pulmonar.
- Facilitan una mejor comprensión de las infecciones respiratorias.
- Estos modelos son cruciales para avanzar en las opciones terapéuticas.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
The immunocompetent alveolus-on-chip model provides a physiologically relevant, human-derived platform for dissecting pulmonary mucosal immune responses to infection. By integrating key alveolar cell types and simulating biomechanical and perfusion conditions, this system enhances predictive confidence in early-stage target validation and mechanistic de-risking for respiratory drug discovery. Its compatibility with standardized immune assays positions it as a reusable asset for portfolio-wide infection and immunity research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mechanistic interrogation of host-pathogen interactions in a human-relevant alveolar context.
- Supports functional target validation by recapitulating immune cell-epithelial-endothelial crosstalk.
- Facilitates biological de-risking by modeling complex tissue responses to infection.
- Improves predictive confidence for therapeutic hypothesis testing in respiratory indications.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, reproducible platform for quantitative immune and infection assays.
- Supports immunofluorescence, cytokine profiling, and CFU/plaque analysis for robust readouts.
- Enables scalable preparation of validated alveolar tissue models for compound evaluation.
- Enhances assay readiness for screening anti-infective or immunomodulatory agents.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant human lung biology for translational biomarker exploration.
- Bridges discovery and preclinical validation by modeling human immune responses to pathogens.
- Supports risk-adjusted advancement decisions for respiratory infection programs.
- Provides mechanistic de-risking for candidate selection in preclinical pipelines.
Pipeline & Workflow Integration
This model integrates into the discovery-to-preclinical continuum, enabling hypothesis testing, target validation, and translational research for respiratory infection portfolios.
- Discovery Biology: Dissects molecular and cellular targets by modeling human alveolar immune responses.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for immune and infection assays.
- Analytics: Supports comparative analysis of immune activation, barrier integrity, and pathogen burden.
- Translational Research: Provides continuity for biomarker and mechanistic studies in human-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for diverse infection and immunity research initiatives.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Standardizes infection and immune response assays for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of respiratory infection assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in tissue engineering, microfluidics, and immunological assays.
- Demands access to specialized instrumentation for chip perfusion and biomechanical stimulation.
- Necessitates cross-team standardization of cell sourcing and assay protocols.
- Adaptation to other lung cell types or disease models may require protocol optimization.
- Practical limitations include throughput constraints and the need for robust analytical infrastructure.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
2:08
Preparation and Maintenance of Human Umbilical Vein Endothelial Cells in Biochips for Establishing an Air‐Liquid Interface
5:42
Advanced Biochip Perfusion and Air‐Liquid Interface Establishment of Human Umbilical Vein Endothelial Cells for Tissue Culture Analysis
