Modèle d’alvéole sur puce immunocompétent pour l’étude des réponses immunitaires de la muqueuse alvéolaire
31 mai 2024
Les modèles de poumons sur puce surpassent les cultures 2D traditionnelles en imitant l’interface air-liquide et la perfusion de cellules endothéliales, simulant le flux sanguin et l’échange de nutriments essentiels pour les études de physiologie pulmonaire. Cela renforce la pertinence de la recherche pulmonaire, en offrant un environnement dynamique et physiologiquement précis pour faire progresser la compréhension et le traitement des infections respiratoires.
Nous développons des modèles in vitro physiologiquement pertinents pour répondre à des questions mécanistes dans les infections humaines. Nous nous concentrons sur la réponse immunitaire de l’hôte. Lorsque nous utilisons ce modèle pour disséquer l’interaction complexe de l’agent pathogène avec l’hôte afin d’identifier des cibles moléculaires et cellulaires pour les options thérapeutiques dans les infections humaines.
Travailler sur un modèle de puce comme un modèle de poumon sur puce, équilibré par une complexité logique avec des besoins de recherche spécifiques, offrant des informations sur la régulation de la réponse homme-hôte. Ce système imite la composition cellulaire in vivo et la structure 3D, offrant des conditions plus définies et un débit élevé que les expériences sur les animaux. Dans la technologie des poumons sur puce, l’un des principaux défis consiste à sélectionner les bons types de cellules qui imitent la fonctionnalité complexe des poumons pour les résultats de l’étude des infections.
De plus, il est crucial d’étendre la durée de l’expérience au-delà des modèles in vitro traditionnels. L’exploitation est la capacité peu coûteuse de maintenir la viabilité cellulaire avec un flux continu de nutriments pour une observation plus longue, l’expérience est également nécessaire. Nous avons développé le modèle de base microfluidique de l’alvéole humaine comme outil efficace pour imiter l’environnement alvéolaire humain.
Il a été réalisé en appliquant une perfusion pour imiter le flux sanguin, ainsi qu’une stimulation mécanique des cellules endothéliales. Et aussi l’intégration de l’interface air-liquide pour les cellules épithéliales en les exposant à l’air. La prochaine étape consiste à étendre ce modèle à une plate-forme plus avancée, telle qu’un modèle basé sur des cellules souches pluripotentes induites.
Ce faisant, nous visons à rapprocher la médecine personnalisée de l’application, en particulier dans le contexte des tests de médicaments antiviraux, et en tant qu’outil pour la recherche biomédicale et le développement pharmaceutique.
Aperçu
Cette étude présente le développement de modèles de lung-on-chip qui reproduisent l'interface air-liquide et la perfusion des cellules endothéliales, améliorant ainsi la compréhension des infections respiratoires. Ces modèles offrent un environnement dynamique et physiologiquement précis pour la recherche pulmonaire.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biologie
- Modèles in vitro
Contexte général
- Les cultures traditionnelles en 2D manquent de pertinence physiologique.
- La technologie du poumon-sur-puce imite les conditions in vivo.
- Comprendre les interactions hôte-pathogène est essentiel au développement de thérapeutiques.
- Les défis incluent la sélection de types cellulaires appropriés pour assurer la fonctionnalité.
Objectif de l'étude
- Développer des modèles in vitro reflétant précisément les infections humaines.
- Étudier les interactions entre les agents pathogènes et l'hôte humain.
- Identifier des cibles moléculaires et cellulaires pour les thérapies.
Méthodes utilisées
- Technologie organe-sur-puce
- Sélection des types cellulaires pertinents
- Expérimentation à haut débit
- Durées expérimentales prolongées
Résultats principaux
- Les modèles de poumon-sur-puce permettent d'obtenir des informations sur la régulation de la réponse de l'hôte humain.
- Ces modèles équilibrent la complexité biologique et les besoins spécifiques de la recherche.
- Ils offrent des conditions plus définies par rapport aux modèles in vitro traditionnels.
- Des durées prolongées permettent une meilleure simulation des études d'infection.
Conclusions
- Les modèles de poumon-sur-puce améliorent la pertinence de la recherche pulmonaire.
- Ils facilitent une meilleure compréhension des infections respiratoires.
- Ces modèles sont essentiels pour faire progresser les options thérapeutiques.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Le modèle de poumon-sur-puce immunocompétent offre une plateforme d'origine humaine et physiologiquement pertinente pour analyser les réponses immunitaires muqueuses pulmonaires lors d'une infection. En intégrant les principaux types cellulaires alvéolaires et en simulant les conditions biomécaniques et de perfusion, ce système améliore la fiabilité prédictive de la validation précoce des cibles thérapeutiques et de l'analyse mécanistique des risques en découverte de médicaments respiratoires. Sa compatibilité avec des tests immunitaires standardisés en fait un outil réutilisable pour la recherche sur les infections et l'immunité à l'échelle d'un portefeuille de projets.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'analyse mécanistique des interactions hôte-pathogène dans un contexte alvéolaire pertinent pour l'humain.
- Permet la validation fonctionnelle de cibles en reproduisant la communication croisée entre cellules immunitaires, épithélium et endothélium.
- Facilite la réduction des risques biologiques en modélisant les réponses tissulaires complexes à une infection.
- Améliore la fiabilité prédictive des tests d'hypothèses thérapeutiques dans les indications respiratoires.
Développement de criblage et de tests
- Offre une plateforme standardisée et reproductible pour les dosages quantitatifs de l'immunité et des infections.
- Prend en charge l'immunofluorescence, le profilage des cytokines et l'analyse des UFC/plaques pour des résultats robustes.
- Permet la préparation à grande échelle de modèles de tissu alvéolaire validés pour l'évaluation de composés.
- Améliore la préparation des dosages pour le criblage d'agents anti-infectieux ou immunomodulateurs.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'aligne sur la biologie pulmonaire humaine pertinente pour la maladie, permettant l'exploration de biomarqueurs translationnels.
- Relie la découverte et la validation préclinique en modélisant les réponses immunitaires humaines aux agents pathogènes.
- Permet de prendre des décisions d'avancement ajustées au risque pour les programmes contre les infections respiratoires.
- Offre une détection mécanistique des risques pour le choix des candidats dans les filières précliniques.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Ce modèle s'intègre à la continuité découverte-préclinique, permettant la vérification d'hypothèses, la validation de cibles et la recherche translationnelle dans les portefeuilles d'infections respiratoires.
- Biologie de la découverte : Analyse les cibles moléculaires et cellulaires en modélisant les réponses immunitaires alvéolaires humaines.
- Essais de dépistage : Fournit des résultats reproductibles et quantitatifs pour les tests immunitaires et infectieux.
- Analytique : Permet l'analyse comparative de l'activation immunitaire, de l'intégrité de la barrière et de la charge pathogène.
- Recherche translationnelle : Assure une continuité pour les études de biomarqueurs et les études mécanistiques dans des systèmes pertinentes pour l'humain.
- Réutilisation en entreprise : Fonctionne comme une plateforme réutilisable pour diverses initiatives de recherche sur l'infection et l'immunité.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la validation des cibles.
- Valeur opérationnelle : Standardise les tests d'infection et de réponse immunitaire pour assurer la reproductibilité et la reproductibilité à grande échelle.
- Valeur stratégique : Permet de prendre des décisions éclairées d'aller/arrêt et une gestion efficace du portefeuille en termes de capital.
- Impact sur le portefeuille : Soutient la priorisation et l'avancement, ajustés au risque, des actifs contre les infections respiratoires.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en ingénierie tissulaire, microfluidique et tests immunologiques.
- Exige un accès à des instruments spécialisés pour la perfusion des puces et la stimulation biomécanique.
- Implique une standardisation interéquipes des sources cellulaires et des protocoles d'analyse.
- L'adaptation à d'autres types cellulaires pulmonaires ou à d'autres modèles de maladies peut nécessiter une optimisation du protocole.
- Les limites pratiques incluent des contraintes en termes de débit et la nécessité d'une infrastructure analytique robuste.
Foire aux questions en biopharmacie
Chapters in this video
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Introduction
2:08
Preparation and Maintenance of Human Umbilical Vein Endothelial Cells in Biochips for Establishing an Air‐Liquid Interface
5:42
Advanced Biochip Perfusion and Air‐Liquid Interface Establishment of Human Umbilical Vein Endothelial Cells for Tissue Culture Analysis
