Modelo de alvéolo en chip inmunocompetente para el estudio de las respuestas inmunitarias de la mucosa alveolar
31 de mayo de 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.
Descripción 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 tradicionales en 2D carecen de relevancia fisiológica.
- La tecnología de pulmón-en-un-chip imita las condiciones in vivo.
- Comprender las interacciones huésped-patógeno es fundamental para el desarrollo de terapias.
- Los desafíos incluyen la selección de tipos celulares adecuados para la funcionalidad.
Objetivo del estudio
- Desarrollar modelos in vitro que reflejen con precisión las infecciones humanas.
- Analizar las interacciones entre patógenos y el huésped humano.
- Identificar dianas moleculares y celulares para terapias.
Métodos Utilizados
- Tecnología de órgano-en-un-chip
- Selección de tipos celulares relevantes
- Experimentación de alto rendimiento
- Plazos experimentales prolongados
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 necesidades específicas de investigación.
- Ofrecen condiciones más definidas en comparación con los modelos in vitro tradicionales.
- Permiten marcos temporales prolongados para 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
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El modelo de alvéolo-en-un-chip inmunocompetente proporciona una plataforma fisiológicamente relevante y de origen humano para analizar las respuestas inmunitarias mucosas pulmonares frente a infecciones. Al integrar tipos celulares alveolares clave y simular condiciones biomecánicas y de perfusión, este sistema aumenta la confianza predictiva en la validación temprana de dianas y la reducción de riesgos mecanicistas en el descubrimiento de fármacos respiratorios. Su compatibilidad con ensayos inmunitarios estandarizados lo posiciona como un recurso reutilizable para la investigación de infecciones e inmunidad en toda la cartera de proyectos.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la investigación mecanicista de las interacciones huésped-patógeno en un contexto alveolar relevante para el ser humano.
- Apoya la validación funcional de dianas al reproducir la comunicación cruzada entre células inmunitarias, epiteliales y endoteliales.
- Facilita la reducción de riesgos biológicos mediante la modelización de respuestas tisulares complejas a la infección.
- Mejora la confianza predictiva para la prueba de hipótesis terapéuticas en indicaciones respiratorias.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Proporciona una plataforma estandarizada y reproducible para ensayos inmunitarios e infecciosos cuantitativos.
- Permite inmunofluorescencia, perfilado de citoquinas y análisis de UFC/placas para lecturas robustas.
- Posibilita la preparación escalable de modelos de tejido alveolar validados para la evaluación de compuestos.
- Mejora la disponibilidad del ensayo para la selección de agentes antiinfecciosos o inmunomoduladores.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Se alinea con la biología pulmonar humana relevante para la enfermedad, facilitando la exploración traslacional de biomarcadores.
- Conecta el descubrimiento y la validación preclínica mediante la modelización de las respuestas inmunitarias humanas frente a patógenos.
- Apoya la toma de decisiones de avance ajustadas al riesgo en programas de infecciones respiratorias.
- Proporciona una desviación mecanicista del riesgo para la selección de candidatos en las fases preclínicas.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
Este modelo se integra en la continuidad de descubrimiento a preclínico, permitiendo la comprobación de hipótesis, la validación de dianas y la investigación traslacional para carteras de infecciones respiratorias.
- Biología del Descubrimiento: Analiza dianas moleculares y celulares mediante la modelización de las respuestas inmunitarias alveolares humanas.
- Selección: Proporciona resultados cuantitativos y reproducibles para ensayos inmunitarios e infecciosos.
- Análisis: Permite el análisis comparativo de la activación inmunitaria, la integridad de la barrera y la carga de patógenos.
- Investigación Traducional: Ofrece continuidad para estudios de biomarcadores y mecanismos en sistemas relevantes para el ser humano.
- Reutilización Empresarial: Funciona como una plataforma reutilizable para diversas iniciativas de investigación sobre infecciones e inmunidad.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de objetivos.
- Valor operativo: Estandariza los ensayos de infección y respuesta inmune para lograr reproductibilidad y escalabilidad.
- Valor estratégico: Permite tomar decisiones informadas de avance o interrupción del desarrollo y una gestión eficiente del portafolio en términos de capital.
- Impacto en el portafolio: Apoya la priorización ajustada al riesgo y el avance de activos contra infecciones respiratorias.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en ingeniería de tejidos, microfluídica y ensayos inmunológicos.
- Exige acceso a instrumentación especializada para la perfusión de chips y la estimulación biomecánica.
- Necesita la estandarización entre equipos en cuanto al origen de las células y los protocolos de ensayo.
- La adaptación a otros tipos de células pulmonares o modelos de enfermedad puede requerir la optimización del protocolo.
- Las limitaciones prácticas incluyen restricciones en el rendimiento y la necesidad de una infraestructura analítica robusta.
Preguntas frecuentes sobre biofármacos
Chapters in this video
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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
