Modèles de culture cellulaire tridimensionnels pour étudier la barrière épithéliale dans l’œsophagite à éosinophiles
10 mai 2024
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Ici, un protocole pour la culture d’organoïdes œsophagiens humains et la culture d’interface air-liquide est fourni. La culture de l’interface air-liquide des organoïdes œsophagiens peut être utilisée pour étudier l’impact des cytokines sur la barrière épithéliale œsophagienne.
Nous étudions la physiopathologie de l’œsophagite à éosinophiles et essayons de démêler la cascade inflammatoire induisant et favorisant le processus inflammatoire chronique de l’œsophagite à éosinophiles. L’identification de nouveaux médiateurs immunitaires qui contribuent à la pathogenèse de la maladie s’est concentrée sur l’altération de la barrière épithéliale et l’approbation d’anticorps thérapeutiques contre ces médiateurs immunitaires. Nous avons identifié les cytokines de la sous-famille IL-20 comme des médiateurs inflammatoires qui altèrent la différenciation épithéliale et la kératinisation, entraînant une altération de la barrière épithéliale via la voie MAP kinase.
Aperçu
Cet article présente un protocole pour la culture d'organoïdes œsophagiens humains et l'utilisation d'une culture en interface air-liquide afin d'étudier les effets des cytokines sur la barrière épithéliale œsophagienne.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biologie cellulaire
- Immunologie
Contexte
- La trachéite éosinophile (EoE) se caractérise par une inflammation chronique.
- L'altération de la barrière épithéliale joue un rôle central dans la pathogenèse de la EoE.
- De nouveaux médiateurs immunitaires sont identifiés afin de comprendre leur rôle dans la EoE.
- Les cytokines de la sous-famille IL-20 ont été associées à l'altération de la barrière épithéliale.
Objectif de l'étude
- Étudier la cascade inflammatoire dans l'œsophagite éosinophile.
- Identifier les médiateurs immunitaires affectant la fonction de la barrière épithéliale.
- Développer des stratégies thérapeutiques ciblant ces médiateurs.
Méthodes utilisées
- Les échantillons de biopsie de l'œsophage sont cultivés dans un milieu sans sérum pour kératinocytes.
- La dispase 1 est utilisée pour digérer les biopsies en vue d'une analyse ultérieure.
- Une culture en interface air-liquide est utilisée pour étudier les effets des cytokines.
- La voie de la MAP kinase est analysée afin de déterminer son rôle dans l'altération épithéliale.
Résultats principaux
- Identification des cytokines de la sous-famille IL-20 comme médiateurs inflammatoires clés.
- Démonstration de leur impact sur la différenciation épithéliale et la kératinisation.
- Preuves d'une altération induite par les cytokines de la barrière épithéliale.
- Éléments sur le rôle de la voie des MAP kinases dans l’EoE.
Conclusions
- L'étude améliore la compréhension de la physiopathologie de l'œsophagite à éosinophiles (EoE).
- Elle met en évidence des cibles thérapeutiques potentielles pour l'intervention.
- De futures recherches pourraient se concentrer sur la modulation des cytokines afin de restaurer la fonction de barrière.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce que l'œsophagite éosinophile ?
L'œsophagite à éosinophiles est une affection chronique d'origine immunitaire caractérisée par une infiltration éosinophile de l'œsophage, entraînant une inflammation et des lésions.
Comment les cytokines affectent-elles la barrière œsophagienne ?
Les cytokines peuvent altérer la différenciation épithéliale et la kératinisation, perturbant ainsi l'intégrité de la barrière épithéliale de l'œsophage.
Quel rôle joue la voie de la MAP kinase dans cette étude ?
La voie de la MAP kinase est étudiée afin de déterminer son implication dans l'altération de la barrière épithéliale induite par les cytokines dans l'œsophagite éosinophile.
Quelle est l'importance de l'utilisation d'une culture en interface air-liquide ?
La culture en interface air-liquide permet de disposer d'un environnement plus proche des conditions physiologiques pour étudier les effets des cytokines sur les cellules épithéliales.
Quelles sont les implications thérapeutiques potentielles de cette recherche ?
L'identification des médiateurs immunitaires pourrait conduire à des thérapies ciblées permettant de restaurer la fonction de la barrière épithéliale dans l'œsophagite éosinophile.
Comment les échantillons de biopsie de l'œsophage sont-ils préparés pour l'étude ?
Les échantillons de biopsie sont immergés dans un milieu sans sérum pour kératinocytes et traités avec la dispase 1 pour faciliter l'isolement cellulaire en vue de la culture.
Pertinence professionnelle pour l'industrie
Les modèles d'organoides œsophagiens tridimensionnels et d'interface air-liquide permettent une détection mécanistique des dysfonctionnements de la barrière épithéliale dans l'œsophagite éosinophile. Ces systèmes dérivés de patients offrent une confiance prédictive pour la validation des cibles et l'analyse des voies biologiques, soutenant une continuité translationnelle allant de la découverte à la recherche préclinique. Leur utilisation améliore les décisions stratégiques en clarifiant l'impact des cytokines et des voies de signalisation sur l'intégrité de la barrière.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmacie
Découverte précoce et validation de cibles
- Permet l'analyse des mécanismes induits par les cytokines sous-jacents à l'altération de la barrière épithéliale.
- Permet la validation fonctionnelle des médiateurs immunitaires et des voies de signalisation dans un tissu pertinent pour la maladie.
- Facilite la détection biologique des risques en modélisant les réponses épithéliales spécifiques aux patients.
- Offre une plateforme permettant d'obtenir une prédiction fiable pour le choix et le triage des cibles.
Développement de criblages et de tests
- Prépare des systèmes d'organoïdes et d'interface air-liquide validés pour des dosages quantitatifs de la fonction barrière.
- Permet une mesure reproductible de la résistance transepithéliale et du flux de macromolécules.
- Facilite la standardisation des dosages en vue de criblages de composés ou de produits biologiques.
- Permet une évaluation évolutive des interventions candidates sur l'intégrité épithéliale.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les modèles de barrière in vitro avec les phénotypes de patients pertinents pour la maladie.
- Conserve les propriétés génétiques et phénotypiques spécifiques aux donneurs pour les études translationnelles de biomarqueurs.
- Permet une progression ajustée au risque des hypothèses thérapeutiques ciblant les dysfonctionnements épithéliaux.
- Assure une continuité entre la découverte mécanistique et la validation préclinique de stratégies de restauration de la barrière.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Ces modèles combinent la découverte précoce et la recherche préclinique en permettant la vérification d'hypothèses, l'évaluation quantitative de la barrière et l'analyse des voies dans des systèmes dérivés de patients.
- Découverte biologique : Permet de tester de façon mécanistique les effets des cytokines et des voies de signalisation sur la différenciation épithéliale et la fonction barrière.
- Criblage : Fournit des résultats quantitatifs reproductibles, tels que la résistance électrique transepithéliale (TEER) et le flux de macromolécules, pour une analyse comparative.
- Analytique : Offre des profils transcriptomiques et protéomiques après stimulation par des cytokines, afin de cartographier les voies de signalisation.
- Recherche translationnelle : Préserve la pertinence pathologique et l'alignement sur les biomarqueurs grâce à l'utilisation de cellules primaires provenant de patients.
- Réutilisation en milieu professionnel : Met en place une plateforme réutilisable pour la validation continue de cibles thérapeutiques et des études mécanistiques dans les troubles de la barrière épithéliale.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur le dysfonctionnement des barrières.
- Valeur opérationnelle : Standardise et permet l'augmentation de l'échelle des systèmes modèles dérivés de patients afin d'obtenir des résultats reproductibles.
- Valeur stratégique : Éclaire les décisions de poursuite ou d'abandon et réduit les risques biologiques tardifs dans les portefeuilles ciblant les épithéliums.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des candidats thérapeutiques visant la restauration de la barrière épithéliale.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise dans l'isolement des cellules primaires et les techniques de culture en 3D.
- Exige un accès à des milieux de culture, des matrices et des instruments analytiques spécialisés pour les essais de résistance transépithéliale (TEER) et de flux.
- Implique une standardisation interéquipes des protocoles afin d'assurer la reproductibilité.
- Pourrait nécessiter des adaptations selon les cohortes de patients ou les sous-types de maladies.
- Dépend de la qualité des échantillons de biopsie et de la variabilité entre donneurs pour la fidélité du modèle.
Foire aux questions sur la bio-industrie pharmaceutique
Pourquoi le test d'hypothèse nulle est-il important pour l'évaluation de l'altération de la barrière induite par les cytokines ?
Le test d'hypothèse nulle permet une évaluation objective de la modification significative de la fonction de la barrière épithéliale par des cytokines spécifiques, telles que les membres de la sous-famille IL-20, dans des modèles d'organoïdes et d'interface air-liquide. Cette rigueur statistique est essentielle pour la validation des cibles et la réduction des risques mécanistiques en phase précoce de découverte. Elle permet de faire progresser avec confiance uniquement les cibles qui exercent des effets reproductibles et significatifs sur l'intégrité de la barrière.
Comment l'isolement de la variable indépendante s'intègre-t-il aux essais TEER à interface air-liquide ?
L'isolement de variables telles que la concentration en cytokines ou les inhibiteurs de voies dans les essais de résistance transépithéliale (TEER) permet d'attribuer précisément les modifications observées de la barrière à des interventions spécifiques. Cette approche renforce les connaissances mécanistiques et soutient le développement rigoureux d'essais destinés au criblage en aval. Elle garantit que les équipes pluridisciplinaires peuvent interpréter les résultats avec une grande confiance prédictive.
Que permettent les mesures quantitatives de la résistance électrique transepithéliale (TEER) et du flux de macromolécules ?
Les mesures quantitatives du TEER et du flux de macromolécules fournissent des indicateurs objectifs et reproductibles de l'intégrité de la barrière épithéliale en réponse à une stimulation par des cytokines ou à des interventions candidates. Ces résultats permettent une comparaison directe entre différentes conditions expérimentales et facilitent la prise de décision fondée sur les données lors du développement des tests et de l'identification des candidats. Ils sont essentiels pour établir la préparation du test et la fiabilité du criblage.
Pourquoi les exigences de réplication sont-elles importantes pour la collaboration transversale ?
La réplication des expériences d'organoïdes et d'interfaces air-liquide garantit que les effets observés sur la fonction barrière sont robustes et reproductibles entre équipes et études. Cette fiabilité est essentielle à la collaboration interfonctionnelle, permettant une interprétation cohérente des données et réduisant les risques liés à l'avancement des projets. La réplication standardisée soutient la confiance à l'échelle de l'entreprise dans les résultats des modèles.
Quelles sont les capacités d'analyse statistique requises avant la mise en œuvre des essais de fonction barrière ?
La mise en œuvre de tests d'évaluation de la fonction barrière nécessite des outils statistiques pour le test d'hypothèses, l'analyse de la variance et la détermination de la significativité des données de résistance électrique transepithéliale (TEER) et de flux. Ces fonctionnalités garantissent que seules les interventions dont les effets sont statistiquement validés progressent dans le processus de découverte. Des analyses rigoureuses sont à la base de décisions fiables de poursuite ou d'abandon et de la priorisation des projets.
