Perfilado del pH luminal en organoides gastrointestinales tridimensionales mediante microelectrodos
5 de julio de 2024
El presente protocolo describe las mediciones de pH en organoides gástricos derivados de tejidos humanos utilizando microelectrodos para la caracterización espacio-temporal de la fisiología intraluminal.
El objetivo general de nuestra investigación es comprender cómo las células epiteliales gástricas, las células inmunitarias, las células estromales y sus productos, como las citocinas y el moco, trabajan juntos para responder a la infección por el patógeno gástrico helicobacter pylori. Con ese fin, estamos tratando de construir modelos complejos fisiológicamente relevantes de la mucosa gástrica humana. Estudios previos con organoides gástricos han mostrado resultados contradictorios con respecto a la capacidad de estos modelos para mantener las células parietales secretoras de ácido.
Utilizando los microelectrodos de pH, demostramos que, en ausencia de protocolos específicos de diferenciación o estimulación, los organoides gástricos humanos mantienen un pH casi neutro en el lumen. Relativo en accesibilidad, el lumen organoide ha restringido durante mucho tiempo nuestra comprensión del microambiente interior. Demostramos las primeras mediciones exitosas de pH de microelectrodos para la caracterización funcional de organoides.
Nuestro método basado en microelectrodos podría proporcionar a los investigadores una herramienta fiable que pueda adaptarse a sus necesidades específicas. Hasta ahora, la medición del pH dentro de los organoides gastrointestinales ha implicado el uso de colorantes sensibles al pH que se basan en imágenes microscópicas para la cuantificación. La principal ventaja de usar microelectrodos es que proporcionan lecturas numéricas precisas del pH.
Además, el pH intraluminal se puede registrar en tiempo real y con una resolución espacial superior. Estamos trabajando en un modelo completamente funcional de la capa de moco gástrico humano con el gradiente de pH fisiológico para poder estudiar el papel de esta barrera en la infección por helicobacter pylori. El objetivo final es desarrollar nuevos tratamientos citoprotectores que fortalezcan la capa mucosa y eviten la invasión bacteriana.
Descripción general
Este protocolo describe el uso de microelectrodos para mediciones de pH en organoides gástricos derivados de tejido humano, lo que permite la caracterización espacio-temporal de la fisiología intraluminal. El estudio tiene como objetivo mejorar la comprensión de las respuestas del epitelio gástrico a la infección por Helicobacter pylori.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Gastroenterología
- Biología celular
Antecedentes
- Los organoides gástricos se utilizan para modelar la mucosa gástrica humana.
- Estudios previos mostraron resultados contradictorios respecto a las células parietales secretoras de ácido.
- Comprender el microambiente dentro de los organoides es fundamental para estudiar la fisiología gástrica.
- Los microelectrodos proporcionan un nuevo método para la medición precisa del pH.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un método confiable para medir el pH intraluminal en organoides gástricos.
- Estudiar el papel de la capa de moco gástrico en la infección por Helicobacter pylori.
- Crear un modelo que pueda conducir a nuevos tratamientos citoprotectores.
Métodos Utilizados
- Preparación de organoides gástricos humanos.
- Uso de microelectrodos para la medición de pH en tiempo real.
- Calibración de microelectrodos para lecturas precisas.
- Registro de pH en diferentes regiones de los organoides.
Resultados principales
- Los organoides gástricos humanos mantienen un pH casi neutro en ausencia de protocolos específicos.
- Los microelectrodos permiten mediciones precisas del pH y resolución espacial.
- Se observó variación en el pH luminal en múltiples organoides.
- El método puede adaptarse a diversas necesidades de investigación.
Conclusiones
- El método basado en microelectrodos es efectivo para estudiar la fisiología de los organoides gástricos.
- Comprender la dinámica del pH puede orientar estrategias de tratamiento para infecciones gástricas.
- Este enfoque aumenta el potencial para desarrollar nuevas intervenciones terapéuticas.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El perfilado cuantitativo del pH luminal en organoides gastrointestinales tridimensionales mediante microelectrodos permite una caracterización funcional precisa de modelos de tejido relevantes para enfermedades. Esta capacidad respalda la confianza predictiva en el descubrimiento temprano y la validación de dianas en biología de la mucosa gástrica, particularmente en estudios de infección y función de barrera. Mediciones intraluminales confiables facilitan la continuidad traslacional desde el descubrimiento hasta el desarrollo de modelos preclínicos en carteras de I+D de biotecnología y farmacéutica.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite investigar hipótesis sobre la función epitelial y de barrera en sistemas de organoides fisiológicamente relevantes.
- Apoya la desestimación biológica al proporcionar lecturas directas y cuantitativas de los cambios en el microentorno luminar.
- Facilita la validación funcional de dianas para vías implicadas en la infección gástrica y la defensa de la mucosa.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Prepara modelos de organoides validados para cribado de compuestos posteriores y estudios mecanicistas.
- Proporciona salidas cuantitativas, estandarizadas y reproducibles de pH para el desarrollo de ensayos.
- Permite un monitoreo en tiempo real y de alta resolución de las condiciones luminadas para apoyar la evaluación confiable de compuestos.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Alinea los resultados del modelo de organoides con parámetros fisiológicos relevantes para la enfermedad, con miras al desarrollo de biomarcadores traslacionales.
- Proporciona continuidad desde el descubrimiento in vitro hasta la validación preclínica de modelos de función de barrera gástrica y de infección.
- Apoya decisiones de avance ajustadas al riesgo al aclarar los mecanismos subyacentes de las intervenciones candidatas.
Integración de la Canalización y Flujo de Trabajo
Este método de perfilado de pH basado en microelectrodos se integra en la continuidad desde el descubrimiento hasta la etapa preclínica, conectando la prueba inicial de hipótesis con la validación de modelos traslacionales.
- Biología del Descubrimiento: Permite la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías en sistemas complejos de organoides.
- Selección: Proporciona mediciones cuantitativas y reproducibles del pH para evaluar la preparación y estandarización de ensayos.
- Análisis: Ofrece lecturas en tiempo real con alta resolución para comparar condiciones experimentales y resultados de modelos.
- Investigación Traducional: Conecta hallazgos in vitro con modelos preclínicos mediante la alineación con gradientes fisiológicos de pH y función de barrera.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para la caracterización funcional en diversos estudios basados en organoides.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la investigación de la mucosa gástrica.
- Valor operativo: Estandariza la medición del pH luminar con instrumentación escalable y reproducible.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance/no avance y la eficiencia del capital al aclarar los resultados del modelo funcional.
- Impacto en el portafolio: Permite la priorización ajustada al riesgo de programas de descubrimiento y preclínicos dirigidos a las vías de barrera gástrica y de infección.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en el cultivo de organoides y en el manejo de microelectrodos controlados por micromanipulador.
- Necesita acceso a microelectrodos calibrados, electrodos de referencia y software analítico compatible.
- Exige la estandarización entre equipos de los protocolos de medición para garantizar la reproducibilidad.
- Puede ser necesaria una adaptación para diferentes tipos de organoides o entornos luminados.
- La resolución espacial y la duración de las mediciones están limitadas por el tamaño del organoide y la estabilidad del electrodo.
