Morphogenèse tridimensionnelle dans l’intestin canin sur puce à l’aide d’organoïdes intestinaux dérivés de patients atteints de maladies inflammatoires de l’intestin
9 février 2024
L’intégration d’organoïdes intestinaux canins et d’un système microfluidique Gut-on-a-Chip offre des modèles translationnels pertinents pour les maladies intestinales humaines. Les protocoles présentés permettent la morphogenèse 3D et la modélisation dynamique in vitro de l’intestin, ce qui contribue au développement de traitements efficaces pour les maladies intestinales chez les chiens et les humains avec One Health.
Notre objectif de recherche est de créer une méthode de croissance de structures 3D à l’aide de cellules intestinales provenant d’animaux similaires aux humains, en particulier de chiens. La morphogenèse cellulaire intestinale a été largement étudiée à l’aide de modèles animaux de laboratoire, qui sont coûteux, prennent du temps et ne représentent pas avec précision les processus de développement humain. De plus, les modèles de culture cellulaire 2D statiques conventionnels n’ont pas la capacité d’imiter l’organisation spatiale complexe d’une architecture 3D abSérie.
La fixation de cellules individuelles dérivées d’organoïdes intestinaux sur la surface du PDMS revêtu d’ECM a posé un défi de taille. Il s’agit d’une étape cruciale pour relever ce défi, à la fois en assurant un revêtement ECM uniforme grâce à l’activation de la surface et en lui permettant de sécher pendant la nuit. L’intégration de la technologie des organoïdes canins dérivés des patients à la morphogenèse 3D in vitro offre une voie prometteuse pour mener des recherches translationnelles sur les maladies chroniques multifactorielles, en s’alignant sur l’initiative One Health.
Le protocole pour les MICI canines, obtenu sur une puce, offre un modèle reproductible pour la médecine comparative, permettant des études sur la morphogenèse intestinale, les interactions hôte-microbiome, les infections, les criblages de médicaments et de probiotiques, et a une applicabilité inter-espèces.
Aperçu
Cette étude porte sur l'intégration d'organoïdes intestinaux canins à un système microfluidique de type « Gut-on-a-Chip », fournissant un modèle pertinent pour les maladies intestinales humaines. Les protocoles développés facilitent la morphogenèse tridimensionnelle et la modélisation dynamique in vitro de l'intestin, contribuant ainsi à l'amélioration des traitements des maladies intestinales chez le chien et l'humain.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Médecine comparée
- Microfluidique
Contexte
- La morphogenèse cellulaire intestinale est essentielle pour comprendre la santé digestive.
- Les modèles traditionnels échouent souvent à représenter fidèlement les processus humains.
- Les modèles canins offrent une approximation plus proche des maladies intestinales humaines.
- L'Initiative One Health souligne l'interconnexion entre la santé humaine et la santé animale.
Objectif de l'étude
- Développer un modèle reproductible pour l'étude de la morphogenèse intestinale.
- Explorer les interactions hôte-microbiote et leurs implications pour la santé.
- Faciliter les criblages de médicaments et de probiotiques dans un contexte comparatif.
Méthodes utilisées
- Préparation du dispositif Gut-on-a-Chip avec un revêtement de matrice extracellulaire.
- Ensemencement d'organoïdes intestinaux canins dans le système microfluidique.
- Application d'un écoulement continu et d'une contrainte cyclique pour imiter les conditions physiologiques.
- Coloration immunofluorescente pour évaluer la structure tridimensionnelle et la fonction barrière.
Résultats principaux
- Mise en place réussie de la morphogenèse en 3D dans le système microfluidique.
- Observation de structures semblables à des villosités et de barrières intestinales fonctionnelles.
- Potentiel démontré pour des études comparatives dans les maladies intestinales.
- Validation du modèle pour des recherches translationnelles futures.
Conclusions
- Le modèle Gut-on-a-Chip est un outil prometteur pour l'étude de la santé intestinale.
- L'intégration d'organoïdes canins renforce la pertinence des résultats.
- Cette approche s'inscrit dans la perspective One Health, bénéfique pour la santé humaine et animale.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
L'intégration d'organoïdes intestinaux canins à des systèmes microfluidiques de type « Gut-on-a-Chip » permet de créer des modèles dynamiques in vitro pertinentes sur le plan physiologique pour la recherche sur les maladies intestinales. Cette approche pallie les limites des modèles traditionnels statiques et animaux en offrant une plateforme pour des études prédictives et translationnelles dans des contextes vétérinaires et humains. Les modèles obtenus favorisent des découvertes transespèces, améliorant ainsi la validation des cibles et réduisant les risques lors des phases précoces de découverte de thérapeutiques intestinales.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'analyse de voies biologiques pertinentes pour la maladie à l'aide de cellules primaires provenant de cas spontanés de MIC chez le chien.
- Permet la validation fonctionnelle de cibles en recréant la morphogenèse intestinale en 3D et la fonction de barrière.
- Facilite la détection mécanistique des risques grâce à l'observation directe des interactions entre l'hôte et le microbiome ainsi qu'entre les cellules épithéliales.
Développement de criblages et de tests
- Offre une plateforme standardisée et reproductible pour le criblage de médicaments et de probiotiques dans un environnement intestinal dynamique.
- Fournit des données quantitatives telles que les mesures de la résistance transépithéliale (TEER) pour l'évaluation de l'intégrité de la barrière.
- Permet de préparer des systèmes biologiques validés pour l'évaluation de composés à grande échelle et la comparaison entre espèces.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'inscrit dans les stratégies translationnelles de biomarqueurs en modélisant une maladie spontanée dans un cadre de santé unique (One Health).
- Permet une continuité allant de la découverte à la validation préclinique en utilisant des modèles canins physiologiquement pertinents.
- Facilite les décisions d'avancement ajustées au risque en reliant la recherche sur les maladies intestinales vétérinaires et humaines.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce protocole de « l’intestin-sur-puce » s’inscrit à l’intersection entre la découverte précoce, l’identification de candidats thérapeutiques et la recherche préclinique dans les programmes de maladies intestinales.
- Biologie de la découverte : Fait progresser la vérification des hypothèses et la clarification des voies dans des systèmes pertinents pour les maladies.
- Essais de dépistage : Établit la préparation et la reproductibilité des tests fonctionnels et des essais de barrière.
- Analytique : Permet des mesures quantitatives telles que la résistance électrique transépithéliale (TEER) et l'analyse structurale par immunofluorescence.
- Recherche translationnelle : Offre une plateforme interspécifique pour l'alignement des biomarqueurs et les études comparatives.
- Réutilisation en entreprise : Propose un système microfluidique réutilisable, adaptable à divers modèles de maladies intestinales.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la modélisation des maladies intestinales.
- Valeur opérationnelle : Fournit des protocoles standardisés, évolutifs et reproductibles pour les tests basés sur les organoïdes.
- Valeur stratégique : Améliore la prise de décision « go/no-go » et l'efficacité du capital en permettant une réduction précoce des risques.
- Impact sur le portefeuille : Soutient la priorisation ajustée au risque et le développement transversal aux espèces de thérapeutiques intestinales.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en culture d'organoïdes, en microfluidique et en manipulation de tissus canins.
- Exige un accès à un revêtement de matrice extracellulaire (ECM), à des instruments microfluidiques et à une infrastructure de mesure du TEER.
- Implique une standardisation interéquipes pour assurer un revêtement reproductible de la matrice extracellulaire (ECM) et un ensemencement cellulaire maîtrisé.
- L'adaptation à d'autres espèces ou modèles de maladies peut nécessiter une optimisation du protocole.
- Les limites incluent des difficultés techniques liées à l'adhérence uniforme des cellules et au maintien de la morphogenèse tridimensionnelle.
