Système de pseudo-îlots humains pour l’évaluation synchrone de la dynamique des biocapteurs fluorescents et des profils de sécrétion hormonale
November 3rd, 2023
Ce protocole décrit une méthode d’acquisition synchrone et de co-enregistrement d’événements de signalisation intracellulaire et de sécrétion d’insuline et de glucagon par des pseudo-îlots humains primaires en utilisant l’administration adénovirale d’un biocapteur d’adénosine monophosphate cyclique (AMPc), d’un détecteur de différence d’AMPc in situ (cADDis) et d’un système de micropérifusion.
Notre laboratoire s’efforce de comprendre, de prévenir et d’inverser le dysfonctionnement des cellules bêta et d’autres anomalies des paupières dans le diabète de type 1 et de type 2. Nos études se concentrent sur la pathogenèse du diabète humain en intégrant des études de la biologie du pancréas et des paupières humaines ainsi que de la santé et de la maladie. Les œillets humains sont des structures sphériques 3D, et l’accès aux cellules dans l’ensemble de l’œillet présente certains défis expérimentaux.
Par exemple, lorsque nous essayons d’introduire des biocapteurs pour comprendre la signalisation des cellules de l’œillet, notre protocole de pseudo-paupière surmonte ce défi en effectuant des manipulations génétiques à l’état de cellule unique et en agrégeant ces cellules humaines transduites en pseudo-paupières pour des études en aval. Notre système de pseudo-paupières nous permet d’exprimer des biocapteurs sur l’ensemble de l’œillet, plutôt que sur la surface de la paupière. Combiné à notre système d’imagerie des cellules vivantes et de microperfusion, nous pouvons à la fois mesurer et co-enregistrer les processus intracellulaires dynamiques avec la sécrétion hormonale en aval.
Ce protocole pourrait être appliqué pour répondre à une variété de questions scientifiques importantes. Par exemple, les stratégies de silençage génique pourraient être combinées à cette approche pour comprendre l’impact d’un gène d’intérêt sur la fonction des paupières et les voies de signalisation associées, soit globalement, soit de manière auto-spécifique.
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Aperçu
Cette étude aborde la dysfonction des cellules bêta et les anomalies des îlots dans le diabète, en utilisant un système modèle de pseudo-îlots pour l'acquisition synchrone de la signalisation cellulaire et de la sécrétion hormonale. La méthode emploie la livraison adénovirale d'un biocapteur de cAMP et un système de micropériffusion pour permettre une analyse dynamique des réponses à l'insuline et au glucagon.
Composantes clés de l'étude
Domaine de recherche
- Diabète de type 1 et de type 2
- Biologie des îlots humains
- Dynamique de la signalisation cellulaire
Contexte
- Les îlots humains sont des structures sphériques présentant des défis expérimentaux.
- Le protocole des pseudo-îlots résout ces défis pour une introduction efficace du biocapteur.
- Comprendre la signalisation des îlots est essentiel pour la recherche sur le diabète.
Méthodes utilisées
- Livraison adénovirale pour l'expression du biocapteur
- Modèle de pseudo-îlot humain primaire
- Système de micropériffusion pour la mesure de la sécrétion hormonale
Résultats principaux
- Enregistrement réussi de la signalisation intracellulaire et de la libération d'hormones.
- Permet l'analyse des effets de l'empêchage de gènes sur la fonction des îlots.
- Surveillance dynamique des réponses de sécrétion en temps réel.
Conclusions
- Cette étude fournit un protocole robuste pour examiner la signalisation hormonale des îlots.
- Elle a des implications importantes pour la compréhension de la biologie des îlots dans le diabète.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
The human pseudoislet system enables synchronous, quantitative assessment of intracellular signaling and hormone secretion in primary human islet cells, addressing a critical bottleneck in diabetes target validation. By allowing genetic manipulation and biosensor integration throughout the 3D islet structure, this platform enhances predictive confidence in mechanistic studies and supports risk-adjusted portfolio decisions in metabolic disease research. Its integration of live-cell imaging and microperifusion workflows positions it as a reusable capability for early discovery and translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking intracellular signaling to hormone secretion in human islet cells.
- Facilitates biological de-risking through gene-silencing or biosensor-based pathway clarification in a physiologically relevant 3D context.
- Supports predictive confidence and functional target validation for diabetes and metabolic disease programs.
Screening & Assay Development
- Prepares validated pseudoislet systems for downstream compound screening and mechanistic assays.
- Standardizes assay conditions for reproducible, quantitative measurement of hormone secretion and biosensor dynamics.
- Enables scalable, multiplexed evaluation of candidate interventions in a human-relevant model.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro findings with disease-relevant human islet biology for translational biomarker development.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by enabling mechanistic de-risking in primary human tissue.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by integrating functional and signaling readouts.
Pipeline & Workflow Integration
This system bridges early discovery, target validation, and preclinical research by enabling hypothesis-driven interrogation of islet signaling and function in a single workflow.
- Discovery Biology: Supports mechanistic hypothesis testing and pathway clarification via synchronous biosensor and hormone readouts.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible pseudoislet models for quantitative evaluation of interventions.
- Analytics: Provides dynamic, quantitative measurements of cAMP signaling and hormone secretion for robust condition comparison.
- Translational Research: Connects in vitro mechanistic insights to human disease biology, supporting biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Offers a standardized, adaptable platform for repeated use across metabolic disease discovery programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in diabetes target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of islet functional assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by integrating functional and signaling data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of metabolic disease assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in human islet isolation, genetic manipulation, and live-cell imaging.
- Demands access to confocal microscopy, microperifusion systems, and quantitative hormone analytics.
- Necessitates cross-team standardization of pseudoislet preparation and assay protocols.
- Adaptation may be needed for different donor sources or disease models.
- Throughput and scalability are limited by primary tissue availability and technical complexity.
