Modelo inmunocompetente de intestino en chip para analizar las respuestas inmunitarias de la mucosa intestinal
24 de mayo de 2024
Nuestro protocolo detallado describe la creación y el uso del modelo avanzado de intestino en chip, que simula la mucosa intestinal humana con estructuras 3D y varios tipos de células, lo que permite un análisis en profundidad de las respuestas inmunitarias y las funciones celulares en respuesta a la colonización microbiana.
Nuestra investigación se centra en el desarrollo y uso de plataformas inmunocompetentes de órganos en chip. Mediante la creación de estos modelos in vitro humanizados fisiológicamente relevantes, podemos estudiar la compleja interacción huésped-patógeno. El conocimiento que creamos se puede utilizar para manipular e identificar dianas moleculares para la terapia de enfermedades infecciosas.
Uno de los principales retos es mantener una microbiota viva en condiciones homeostáticas junto con el tejido del huésped in vitro. Esto incluye replicar la topografía organotípica en 3D de las estructuras de criptas y vellosidades y su colonización microbiana. Las plataformas de intestino en chip abordan esto mediante el uso de flujo para dar forma a las estructuras organotípicas y evitar el crecimiento excesivo de bacterias.
Esto garantiza condiciones de cultivo estables. En comparación con otras plataformas de intestino en chip disponibles, nuestro modelo permite el estudio detallado de la respuesta inmunitaria humana a los patógenos debido a la inclusión de células inmunitarias primarias residentes en los tejidos. Además, el tamaño del modelo permite múltiples lecturas en un solo experimento, lo que reduce el costo total y el número de experimentos.
Nuestro laboratorio se centra en el uso de células madre pluripotentes inducidas para desarrollar sistemas autólogos que permitan la medicina personalizada.
Descripción general
Este artículo presenta un protocolo detallado para desarrollar un modelo avanzado de intestino sobre un chip que simula la mucosa intestinal humana. El modelo incorpora estructuras tridimensionales y diversos tipos celulares, facilitando el análisis de las respuestas inmunitarias y las funciones celulares en relación con la colonización microbiana.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biología
- Microbiología
Antecedentes
- Desarrollo de plataformas de órgano-en-un-chip inmunocompetentes.
- Importancia del estudio de las interacciones entre el huésped y el patógeno.
- Dificultades para mantener microbiota viva in vitro.
- Necesidad de replicar estructuras tridimensionales de tipo orgánico.
Objetivo del estudio
- Crear modelos humanizados in vitro fisiológicamente relevantes.
- Analizar las respuestas inmunitarias a la colonización microbiana.
- Identificar dianas moleculares para la terapia de enfermedades infecciosas.
Métodos Utilizados
- Creación de plataformas de intestino-en-un-chip.
- Uso del flujo para moldear estructuras organotípicas.
- Mantenimiento de condiciones homeostáticas para la microbiota.
- Análisis detallado de funciones celulares.
Resultados Principales
- Simulación exitosa de la mucosa intestinal humana.
- Mejor comprensión de las respuestas inmunitarias.
- Conocimientos sobre los efectos de la colonización microbiana.
- Aplicaciones potenciales en la identificación de dianas terapéuticas.
Conclusiones
- El modelo de intestino-en-un-chip es una herramienta valiosa para la investigación.
- Permite estudiar interacciones complejas en un entorno controlado.
- Estudios futuros pueden aprovechar este modelo para la investigación de enfermedades infecciosas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El modelo de intestino-sobre-un-chip inmunocompetente permite un análisis de alta fidelidad de las respuestas inmunitarias de la mucosa intestinal en condiciones fisiológicamente relevantes, abordando una brecha crítica en el descubrimiento preclínico. Al integrar células inmunitarias humanas primarias y apoyar interacciones complejas entre el hospedador y la microbiota, esta plataforma aumenta la confianza predictiva para la validación de dianas y la reducción de riesgos mecanicistas en las líneas de investigación de enfermedades infecciosas e inflamatorias. Sus lecturas funcionales multiplexadas y compatibilidad con imágenes avanzadas la posicionan como un recurso reutilizable para la investigación traslacional y la selección de carteras.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar hipótesis terapéuticas que implican la inmunidad de la mucosa intestinal y las interacciones huésped-patógeno.
- Apoya la desactivación de riesgos biológicos mediante la modelización de las respuestas de las células inmunitarias residentes en los tejidos a la colonización microbiana.
- Facilita la validación funcional de dianas a través de lecturas cuantitativas, como la liberación de citoquinas y la infiltración de células inmunitarias.
- Mejora la confianza predictiva para avanzar en dianas implicadas en la función de barrera intestinal y la modulación inmunitaria.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Proporciona un sistema organotípico validado para la evaluación estandarizada de los efectos de compuestos sobre la integridad epitelial y la activación inmunitaria.
- Ofrece resultados reproducibles y multiplexados, incluyendo ensayos de permeación y métricas de diferenciación celular basadas en inmunofluorescencia.
- Permite el cribado escalable de moléculas candidatas o biológicos en un microentorno fisiológicamente relevante.
- Facilita la evaluación confiable de intervenciones dirigidas a las vías huésped-microbiota o inmunitarias.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Se alinea con mecanismos relevantes para la enfermedad al modelar las respuestas inmunitarias humanas de la mucosa ante desafíos bacterianos y fúngicos.
- Conecta el descubrimiento y la validación preclínica mediante la continuidad en las mediciones funcionales y estructurales.
- Facilita decisiones de avance ajustadas al riesgo para fármacos dirigidos al equilibrio inmunitario intestinal o a la infección.
- Proporciona conocimientos mecanicistas que apoyan el desarrollo de biomarcadores traslacionales.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
Este modelo de intestino-en-un-chip es adecuado desde el descubrimiento inicial hasta la identificación de compuestos líder y estudios mecanicistas preclínicos, apoyando la prueba iterativa de hipótesis y la priorización de objetivos.
- Biología del Descubrimiento: Permite pruebas robustas de hipótesis nulas de vías de respuesta inmune y función de barrera bajo exposición microbiana controlada.
- Selección: Proporciona resultados cuantitativos y reproducibles para la selección de compuestos y la estandarización de ensayos.
- Análisis: Permite mediciones multiplexadas, incluyendo el perfilado de citocinas, la infiltración de células inmunitarias y la integridad epitelial.
- Investigación Traducional: Ofrece una plataforma para alinear hallazgos in vitro con biomarcadores relevantes para enfermedades y puntos finales preclínicos.
- Reutilización Empresarial: Funciona como un sistema modular y escalable adaptable a diversos programas de I+D relacionados con el intestino.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de dianas inmunitarias intestinales.
- Valor operativo: Estandariza protocolos complejos de cultivo conjunto y permite la generación reproducible y multiplexada de datos.
- Valor estratégico: Mejora la calidad de las decisiones de avance o interrupción y la eficiencia del capital al reducir el riesgo biológico en fases tardías.
- Impacto en la cartera: Facilita la priorización y el avance ajustados al riesgo de activos dirigidos a la inmunidad intestinal o a infecciones.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el manejo de biochips microfluídicos y técnicas avanzadas de cultivo celular.
- Exige acceso a infraestructura de imágenes de inmunofluorescencia y análisis multiplexado.
- Necesita estandarización entre equipos para garantizar la reproducibilidad y la comparabilidad de los datos.
- La adaptación a diferentes fuentes de células inmunitarias o especies microbianas puede requerir optimización del protocolo.
- La complejidad del modelo y el mantenimiento de una microbiota homeostática presentan limitaciones prácticas para su uso en alto rendimiento.
Preguntas frecuentes sobre biofármacos
Chapters in this video
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Introduction
1:36
Harvesting and Seeding of Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) for Human Intestine‐on‐Chip Model
4:03
Microfluidic Perfusion of HUVEC and C2BBe1 Cultured Biochips for Analyzing Immune Responses to Microbial Colonization
