Perfilado del pH luminal en organoides gastrointestinales tridimensionales mediante microelectrodos
July 5th, 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.
Visión general
Este protocolo describe el uso de microelectrodos para mediciones de pH en organoides gástricos derivados de tejido humano, permitiendo la caracterización espaciotemporal de la fisiología intraluminal. El estudio tiene como objetivo mejorar la comprensión de las respuestas epiteliales gástricas 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 anteriores mostraron resultados contradictorios con respecto a las células parietales secretoras de ácido.
- Entender el microambiente dentro de los organoides es crucial para estudiar la fisiología gástrica.
- Los microelectrodos proporcionan un nuevo método para la medición precisa del pH.
Propósito 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 medición de pH en tiempo real.
- Calibración de microelectrodos para lecturas precisas.
- Registro de pH en diferentes regiones de los organoides.
Principales resultados
- Los organoides gástricos humanos mantienen un pH casi neutral en ausencia de protocolos específicos.
- Los microelectrodos permiten lecturas precisas de pH y resolución espacial.
- Se observó variación en el pH luminal en múltiples organoides.
- El método puede adaptarse para diversas necesidades de investigación.
Conclusiones
- El método basado en microelectrodos es efectivo para estudiar la fisiología de los organoides gástricos.
- Entender la dinámica del pH puede informar las estrategias de tratamiento para infecciones gástricas.
- Este enfoque mejora el potencial para desarrollar nuevas intervenciones terapéuticas.
Preguntas frecuentes
Executive Industry Relevance
Quantitative profiling of luminal pH in 3D gastrointestinal organoids using microelectrodes enables precise functional characterization of disease-relevant tissue models. This capability supports predictive confidence in early discovery and target validation for gastric mucosal biology, particularly in infection and barrier function studies. Reliable intraluminal measurements facilitate translational continuity from discovery through preclinical model development in biopharma R&D portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of epithelial and barrier function hypotheses in physiologically relevant organoid systems.
- Supports biological de-risking by providing direct, quantitative readouts of luminal microenvironment changes.
- Facilitates functional target validation for pathways involved in gastric infection and mucosal defense.
Screening & Assay Development
- Prepares validated organoid models for downstream compound screening and mechanistic studies.
- Delivers standardized, reproducible, and quantitative pH outputs for assay development.
- Enables high-resolution, real-time monitoring of luminal conditions to support reliable compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns organoid model outputs with disease-relevant physiological parameters for translational biomarker development.
- Provides continuity from in vitro discovery to preclinical validation of gastric barrier function and infection models.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by clarifying mechanistic underpinnings of candidate interventions.
Pipeline & Workflow Integration
This microelectrode-based pH profiling method integrates into the discovery-to-preclinical continuum, bridging early hypothesis testing with translational model validation.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing and pathway clarification in complex organoid systems.
- Screening: Provides reproducible, quantitative pH measurements for assay readiness and standardization.
- Analytics: Delivers high-resolution, real-time readouts to compare experimental conditions and model outputs.
- Translational Research: Connects in vitro findings to preclinical models by aligning with physiological pH gradients and barrier function.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for functional characterization across diverse organoid-based studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in gastric mucosal research.
- Operational Value: Standardizes luminal pH measurement with scalable, reproducible instrumentation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by clarifying functional model outputs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of discovery and preclinical programs targeting gastric barrier and infection pathways.
Implementation Considerations
- Requires expertise in organoid culture and micromanipulator-controlled microelectrode operation.
- Needs access to calibrated microelectrodes, reference electrodes, and compatible analytical software.
- Demands cross-team standardization of measurement protocols for reproducibility.
- Adaptation may be necessary for different organoid types or luminal environments.
- Spatial resolution and measurement duration are limited by organoid size and electrode stability.
