Etude comparative des matrices de membrane basale pour l’entretien des cellules souches humaines et la génération d’organoïdes intestinaux
15 mars 2024
Les organoïdes sont devenus des outils précieux pour la modélisation des maladies. La matrice extracellulaire (MEC) guide le destin cellulaire pendant la génération d’organoïdes, et l’utilisation d’un système qui ressemble au tissu natif peut améliorer la précision du modèle. Cette étude compare la génération d’organoïdes intestinaux humains dérivés de cellules souches pluripotentes induites dans des ECM d’origine animale et des hydrogels sans xéno.
Notre recherche vise à intégrer des modèles in vitro et in silico pour éclairer la découverte et le développement de médicaments aux premiers stades du développement. En bref, nous combinons la technologie des cellules souches, les organoïdes et la microfluidique pour étudier les interactions médicamenteuses, l’intégrité de la membrane et pour prédire l’absorption et le métabolisme des médicaments. Dans notre domaine, les technologies de pointe comprennent des modèles physiologiques basés sur le silicium en combinaison avec des systèmes in vitro avancés tels que les systèmes microphysiologiques, comme les organes sur puce et les organoïdes.
De plus, la bio-impression 3D est actuellement à l’étude pour maximiser l’évolutivité de ces modèles in vitro plus complexes. Les défis expérimentaux actuels comprennent l’amélioration des microenvironnements tissulaires et de la fidélité physiologique de ces modèles in vitro, la minimisation de la variabilité expérimentale et l’optimisation des capacités à haut débit. De plus, établir des protocoles standardisés conformes aux normes réglementaires pour le développement de médicaments.
Dans le but de réduire la variabilité expérimentale, de mieux imiter le microenvironnement tissulaire et de respecter les directives réglementaires pour le développement de médicaments humains, ce protocole décrit l’optimisation de la génération d’un organoïde et le maintien de ce système organoïde à l’aide d’un système d’hydrogel acellulaire avec une composition de contrôle et des propriétés mécaniques de contrôle. Nous nous intéressons au développement de systèmes microphysiologiques à modéliser dans des populations particulières, qui ne sont pas bien représentées dans les essais cliniques, comme par exemple les personnes atteintes du syndrome de Down. Notre laboratoire s’efforce également d’appliquer de nouvelles approches de traitement basées sur l’immuno-oncologie à de nouveaux contextes pour les cancers gastro-intestinaux et pulmonaires.
Aperçu
Cette étude explore l'intégration de modèles in vitro et in silico afin d'améliorer la découverte et le développement de médicaments. Elle s'intéresse à l'utilisation d'organoïdes dérivés de cellules souches pluripotentes induites et à l'impact de la matrice extracellulaire sur leur génération.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Technologie des cellules souches
- Développement de médicaments
Contexte
- Les organoïdes sont des outils précieux pour la modélisation des maladies.
- La matrice extracellulaire (ECM) influence le destin cellulaire lors de la génération d'organoïdes.
- L'utilisation de systèmes natifs similaires aux tissus peut améliorer la précision du modèle.
- Les défis actuels incluent l'amélioration des microenvironnements tissulaires et la standardisation des protocoles.
Objectif de l'étude
- Comparer la génération d'organoïdes dans une matrice extracellulaire d'origine animale et dans des hydrogels sans composant étranger.
- Étudier les interactions médicament-maladie à l'aide de systèmes in vitro avancés.
- Améliorer la fidélité physiologique des modèles in vitro.
Méthodes utilisées
- Intégration de la technologie des cellules souches et des organoïdes.
- Utilisation de la microfluidique pour l'étude de l'absorption et du métabolisme des médicaments.
- Application de systèmes avancés in vitro tels que les organes-sur-puce.
- Exploration de l'impression biologique 3D pour l'extensibilité des modèles.
Résultats principaux
- La comparaison des méthodes de génération d'organoïdes a révélé des différences au niveau des résultats.
- Des microenvironnements tissulaires améliorés ont accru la précision des modèles.
- Des protocoles normalisés sont nécessaires pour assurer la conformité réglementaire.
- L'intégration de modèles in vitro et in silico s'est révélée prometteuse pour le développement de médicaments.
Conclusions
- Les organoïdes sont efficaces pour la modélisation des maladies et les tests de médicaments.
- Le type de MEC influence considérablement le développement des organoïdes.
- Les travaux futurs devraient se concentrer sur l'optimisation des modèles in vitro afin d'améliorer leurs capacités prédictives.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
L'évaluation comparative des matrices de membrane basale pour le maintien des cellules souches humaines et la génération d'organoïdes intestinaux influence directement la fiabilité prédictive des modèles précliniques de maladies. Le choix de la matrice affecte la fidélité physiologique, la reproductibilité et le potentiel translationnel des systèmes basés sur les organoïdes, utilisés en phase précoce de découverte de médicaments. L'optimisation des matrices sans composant xénogène et dérivées d'animaux soutient l'avancement adapté au risque et la priorisation des portefeuilles en recherche et développement biopharmaceutique.
Applications stratégiques en R-D biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- La composition de la matrice module le maintien et la différenciation des cellules souches, orientant les stratégies de validation de cibles.
- Les études comparatives des matrices précisent la dé-risquisation biologique en révélant la variabilité de la maturation des organoïdes et de l'expression des marqueurs.
- L'optimisation de la matrice renforce la fiabilité prédictive des modèles in vitro pertinents pour les maladies, utilisés lors du triage précoce.
Développement de criblages et de tests
- Les matrices validées permettent une préparation standardisée de systèmes d'organoïdes en vue de criblages de composés en aval.
- L'évaluation quantitative des marqueurs des cellules souches et de la morphologie des organoïdes soutient la reproductibilité et la montée en échelle des tests.
- Les matrices sans composant xénogène facilitent la réutilisation de la plateforme et l'alignement sur les réglementations pour les flux de travail de criblage.
Recherche translationnelle et préclinique
- Les hydrogels sans composants xénogènes améliorent la continuité translationnelle en soutenant le développement d'organoïdes plus volumineux et plus matures, pertinentes pour la biologie humaine.
- L'optimisation pilotée par la matrice aligne les modèles in vitro sur les exigences précliniques en matière de biomarqueurs.
- Les données comparatives sur les matrices informent les décisions pondérées en fonction des risques pour le développement de modèles de maladies basés sur les organoïdes.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Cette évaluation comparative de la matrice éclaire le continuum allant de la découverte précoce au développement de modèles précliniques, soutenant à la fois la validation de la cible et l'identification du composé candidat principal.
- Biologie de la découverte : Le choix de la matrice permet de tester des hypothèses sur le destin des cellules souches et la différenciation des organoïdes.
- Criblage : Les matrices standardisées fournissent des résultats reproductibles et quantitatifs pour l'évaluation des composés.
- Analytique : L'expression quantitative des marqueurs et les mesures de la taille des organoïdes facilitent les comparaisons entre différentes conditions expérimentales.
- Recherche translationnelle : Les matrices sans composants d'origine animale soutiennent l'alignement des modèles précliniques et la continuité des biomarqueurs.
- Réutilisation en entreprise : Les données comparatives orientent le choix des matrices pour diverses applications impliquant des organoïdes et des cellules souches, dans différents programmes.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Confiance prédictive accrue et validation des cibles grâce à des systèmes d'organoïdes physiologiquement pertinents.
- Valeur opérationnelle : Standardisation, reproductibilité et évolutivité améliorées des flux de travail sur les organoïdes.
- Valeur stratégique : Décisions éclairées d'aller ou de ne pas aller de l'avant et réduction des risques biologiques en phase avancée grâce à l'optimisation de la matrice.
- Impact sur le portefeuille : Hiérarchisation fondée sur des données des modèles d'organoïdes pour une avancée ajustée au risque.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Une expertise en culture de cellules souches et d'organoïdes est requise pour la comparaison et l'optimisation des matrices.
- L'accès à une infrastructure d'imagerie quantitative et d'analyse de marqueurs est nécessaire pour une évaluation reproductible.
- La standardisation interéquipes des protocoles de matrices favorise la reproductibilité à l'échelle de l'organisation.
- Une adaptation du choix de la matrice peut être nécessaire selon les types d'organoïdes ou les modèles de maladies.
- Les limites spécifiques à chaque matrice, telles que la différenciation spontanée ou le relâchement des sphéroïdes, doivent être évaluées empiriquement.
