Modelo inmunocompetente de intestino en chip para analizar las respuestas inmunitarias de la mucosa intestinal
May 24th, 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.
Visión general
Este artículo presenta un protocolo detallado para desarrollar un modelo avanzado de intestino-en-un-chip que simula la mucosa intestinal humana. El modelo incorpora estructuras 3D y varios tipos de células, facilitando el análisis de las respuestas inmunes y las funciones celulares en relación con la colonización microbiana.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biología
- Microbiología
Contexto
- Desarrollo de plataformas de órgano-en-un-chip inmunocompetentes.
- Importancia de estudiar las interacciones huésped-patógeno.
- Desafíos en el mantenimiento de microbiota viva in vitro.
- Necesidad de replicar estructuras 3D organotípicas.
Propósito del estudio
- Crear modelos in vitro humanizados fisiológicamente relevantes.
- Analizar las respuestas inmunes a la colonización microbiana.
- Identificar objetivos moleculares para la terapia de enfermedades infecciosas.
Métodos utilizados
- Creación de plataformas de intestino-en-un-chip.
- Uso de flujo para dar forma a estructuras organotípicas.
- Mantenimiento de condiciones homeostáticas para la microbiota.
- Análisis en profundidad de las funciones celulares.
Principales resultados
- Simulación exitosa de la mucosa intestinal humana.
- Comprensión mejorada de las respuestas inmunes.
- Inspirándose en los efectos de la colonización microbiana.
- Aplicaciones potenciales en la identificación de objetivos terapéuticos.
Conclusiones
- El modelo de intestino-en-un-chip es una herramienta valiosa para la investigación.
- Permite el estudio de interacciones complejas en un entorno controlado.
- Estudios futuros pueden aprovechar este modelo para la investigación de enfermedades infecciosas.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
The immunocompetent intestine-on-chip model enables high-fidelity analysis of gut mucosal immune responses under physiologically relevant conditions, addressing a critical gap in preclinical discovery. By integrating primary human immune cells and supporting complex host-microbiota interactions, this platform enhances predictive confidence for target validation and mechanistic de-risking in infectious and inflammatory disease pipelines. Its multiplexed functional readouts and compatibility with advanced imaging position it as a reusable asset for translational research and portfolio triage.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses involving gut mucosal immunity and host-pathogen interactions.
- Supports biological de-risking by modeling tissue-resident immune cell responses to microbial colonization.
- Facilitates functional target validation through quantitative readouts such as cytokine release and immune cell infiltration.
- Improves predictive confidence for advancing targets implicated in intestinal barrier function and immune modulation.
Screening & Assay Development
- Provides a validated, organotypic system for standardized assessment of compound effects on epithelial integrity and immune activation.
- Delivers reproducible, multiplexed outputs including permeation assays and immunofluorescence-based cell differentiation metrics.
- Enables scalable screening of candidate molecules or biologics in a physiologically relevant microenvironment.
- Supports reliable evaluation of interventions targeting host-microbiota or immune pathways.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant mechanisms by modeling human mucosal immune responses to bacterial and fungal challenges.
- Bridges discovery and preclinical validation through continuity of functional and structural readouts.
- Facilitates risk-adjusted advancement decisions for assets targeting gut immune homeostasis or infection.
- Provides mechanistic insights supporting translational biomarker development.
Pipeline & Workflow Integration
This intestine-on-chip model fits from early discovery through lead identification and preclinical mechanistic studies, supporting iterative hypothesis testing and target prioritization.
- Discovery Biology: Enables robust null hypothesis testing of immune response pathways and barrier function under controlled microbial exposure.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible outputs for compound triage and assay standardization.
- Analytics: Supports multiplexed measurements including cytokine profiling, immune cell infiltration, and epithelial integrity.
- Translational Research: Provides a platform for aligning in vitro findings with disease-relevant biomarkers and preclinical endpoints.
- Enterprise Reuse: Functions as a modular, scalable system adaptable to diverse gut-related R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in gut immune target validation.
- Operational Value: Standardizes complex co-culture workflows and enables reproducible, multiplexed data generation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by reducing late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of assets targeting intestinal immunity or infection.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidic biochip handling and advanced cell culture techniques.
- Demands access to immunofluorescence imaging and multiplexed analytical infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization for reproducibility and data comparability.
- Adaptation across different immune cell sources or microbial species may require protocol optimization.
- Model complexity and maintenance of homeostatic microbiota present practical limitations for high-throughput use.
