Modèle d’alvéole sur puce immunocompétent pour l’étude des réponses immunitaires de la muqueuse alvéolaire
May 31st, 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 poumon-sur-puce qui reproduisent l'interface air-liquide et la perfusion des cellules endothéliales, améliorant la compréhension des infections respiratoires. Ces modèles fournissent un environnement dynamique et physiologiquement précis pour la recherche sur les poumons.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biologie
- Modèles in vitro
Contexte
- Les cultures 2D traditionnelles manquent de pertinence physiologique.
- La technologie du poumon-sur-puce imite les conditions in vivo.
- Comprendre les interactions hôte-pathogène est crucial pour le développement thérapeutique.
- Les défis comprennent la sélection de types cellulaires appropriés pour la fonctionnalité.
Objectif de l'étude
- Développer des modèles in vitro qui reflètent avec précision les infections humaines.
- Disséquer les interactions entre les pathogènes et l'hôte humain.
- Identifier les cibles moléculaires et cellulaires pour les thérapies.
Méthodes utilisées
- Technologie d'organe-sur-puce
- Sélection de types cellulaires pertinents
- Expérimentation à haut débit
- Délais expérimentaux prolongés
Principaux résultats
- Les modèles de poumon-sur-puce fournissent des aperçus sur la régulation de la réponse hôte humaine.
- Ces modèles équilibrent la complexité biologique avec des besoins de recherche spécifiques.
- Ils offrent des conditions plus définies par rapport aux modèles in vitro traditionnels.
- Les délais prolongés permettent une meilleure simulation des études d'infection.
Conclusions
- Les modèles de poumon-sur-puce améliorent la pertinence de la recherche sur les poumons.
- Ils facilitent une meilleure compréhension des infections respiratoires.
- Ces modèles sont cruciaux pour faire progresser les options thérapeutiques.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
The immunocompetent alveolus-on-chip model provides a physiologically relevant, human-derived platform for dissecting pulmonary mucosal immune responses to infection. By integrating key alveolar cell types and simulating biomechanical and perfusion conditions, this system enhances predictive confidence in early-stage target validation and mechanistic de-risking for respiratory drug discovery. Its compatibility with standardized immune assays positions it as a reusable asset for portfolio-wide infection and immunity research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mechanistic interrogation of host-pathogen interactions in a human-relevant alveolar context.
- Supports functional target validation by recapitulating immune cell-epithelial-endothelial crosstalk.
- Facilitates biological de-risking by modeling complex tissue responses to infection.
- Improves predictive confidence for therapeutic hypothesis testing in respiratory indications.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, reproducible platform for quantitative immune and infection assays.
- Supports immunofluorescence, cytokine profiling, and CFU/plaque analysis for robust readouts.
- Enables scalable preparation of validated alveolar tissue models for compound evaluation.
- Enhances assay readiness for screening anti-infective or immunomodulatory agents.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant human lung biology for translational biomarker exploration.
- Bridges discovery and preclinical validation by modeling human immune responses to pathogens.
- Supports risk-adjusted advancement decisions for respiratory infection programs.
- Provides mechanistic de-risking for candidate selection in preclinical pipelines.
Pipeline & Workflow Integration
This model integrates into the discovery-to-preclinical continuum, enabling hypothesis testing, target validation, and translational research for respiratory infection portfolios.
- Discovery Biology: Dissects molecular and cellular targets by modeling human alveolar immune responses.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for immune and infection assays.
- Analytics: Supports comparative analysis of immune activation, barrier integrity, and pathogen burden.
- Translational Research: Provides continuity for biomarker and mechanistic studies in human-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for diverse infection and immunity research initiatives.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Standardizes infection and immune response assays for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of respiratory infection assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in tissue engineering, microfluidics, and immunological assays.
- Demands access to specialized instrumentation for chip perfusion and biomechanical stimulation.
- Necessitates cross-team standardization of cell sourcing and assay protocols.
- Adaptation to other lung cell types or disease models may require protocol optimization.
- Practical limitations include throughput constraints and the need for robust analytical infrastructure.
Biopharma FAQs
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
