Modèle d’intestin sur puce immunocompétent pour l’analyse des réponses immunitaires de la muqueuse intestinale
24 mai 2024
Notre protocole détaillé décrit la création et l’utilisation du modèle avancé d’intestin sur puce, qui simule la muqueuse intestinale humaine avec des structures 3D et divers types de cellules, permettant une analyse approfondie des réponses immunitaires et des fonctions cellulaires en réponse à la colonisation microbienne.
Nos recherches portent sur le développement et l’utilisation de plateformes d’organes sur puce immunocompétentes. En créant ces modèles in vitro humanisés et physiologiquement pertinents, nous sommes en mesure d’étudier l’interaction complexe hôte-pathogène. Les connaissances que nous créons peuvent être utilisées pour manipuler et identifier des cibles moléculaires pour le traitement des maladies infectieuses.
L’un des principaux défis est de maintenir un microbiote vivant dans des conditions homéostatiques aux côtés du tissu de l’hôte in vitro. Cela comprend la reproduction de la topographie 3D organotypique des structures de cryptes et de villosités et de leur colonisation microbienne. Les plateformes d’intestin sur puce répondent à ce problème en utilisant le flux pour façonner les structures organotypiques et empêcher la prolifération bactérienne.
Cela garantit des conditions de culture stables. Par rapport à d’autres plateformes d’intestin sur puce disponibles, notre modèle permet l’étude détaillée de la réponse immunitaire humaine aux agents pathogènes due à l’inclusion de cellules immunitaires résidentes des tissus primaires. De plus, la taille du modèle permet plusieurs lectures en une seule expérience, ce qui réduit le coût global et le nombre d’expériences.
Notre laboratoire se concentre sur l’utilisation de cellules souches pluripotentes induites pour développer des systèmes autologues qui permettent une médecine personnalisée.
Aperçu
Cet article présente un protocole détaillé pour développer un modèle avancé d’intestin-sur-puce qui simule la muqueuse intestinale humaine. Le modèle intègre des structures tridimensionnelles et divers types cellulaires, facilitant l’analyse des réponses immunitaires et des fonctions cellulaires en lien avec la colonisation microbienne.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Biologie
- Microbiologie
Contexte général
- Développement de plates-formes « organe-sur-puce » immunocompétentes.
- Importance de l'étude des interactions hôte-pathogène.
- Difficultés à maintenir des microbiotes vivants in vitro.
- Nécessité de reproduire des structures tridimensionnelles de type organotypique.
Objectif de l'étude
- Créer des modèles in vitro humanisés pertinentes sur le plan physiologique.
- Analyser les réponses immunitaires à la colonisation microbienne.
- Identifier des cibles moléculaires pour le traitement des maladies infectieuses.
Méthodes utilisées
- Création de plates-formes de type intestin-sur-puce.
- Utilisation du flux pour façonner des structures organotypiques.
- Maintenance de conditions homéostatiques pour le microbiote.
- Analyse approfondie des fonctions cellulaires.
Résultats principaux
- Simulation réussie de la muqueuse intestinale humaine.
- Compréhension améliorée des réponses immunitaires.
- Éclairages sur les effets de la colonisation microbienne.
- Applications potentielles dans l'identification de cibles thérapeutiques.
Conclusions
- Le modèle d’intestin-sur-puce est un outil précieux pour la recherche.
- Il permet l’étude des interactions complexes dans un environnement contrôlé.
- De futures études pourront exploiter ce modèle pour la recherche sur les maladies infectieuses.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
Le modèle de « intestin-sur-puce » immunocompétent permet une analyse de haute fidélité des réponses immunitaires muqueuses intestinales dans des conditions physiologiquement pertinentes, comblant ainsi un manque critique dans la découverte préclinique. En intégrant des cellules immunitaires humaines primaires et en soutenant des interactions complexes entre l'hôte et le microbiote, cette plateforme renforce la fiabilité prédictive pour la validation de cibles et la réduction des risques mécanistiques dans les filières de maladies infectieuses et inflammatoires. Grâce à ses lectures fonctionnelles multiplexées et à sa compatibilité avec l'imagerie avancée, elle constitue un outil réutilisable pour la recherche translationnelle et le triage de portefeuilles.
Applications stratégiques en R-D biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet d'interroger des hypothèses thérapeutiques impliquant l'immunité muqueuse intestinale et les interactions hôte-pathogène.
- Prend en charge la détection biologique des risques en modélisant les réponses des cellules immunitaires résidentes dans les tissus à la colonisation microbienne.
- Facilite la validation fonctionnelle des cibles grâce à des mesures quantitatives telles que la libération de cytokines et l'infiltration des cellules immunitaires.
- Améliore la fiabilité prédictive pour l'avancement des cibles impliquées dans la fonction de barrière intestinale et la modulation immunitaire.
Développement de criblages et de tests
- Offre un système organotypique validé permettant l'évaluation normalisée des effets de composés sur l'intégrité épithéliale et l'activation immunitaire.
- Fournit des résultats reproductibles et multiplexés, incluant des essais de perméation et des paramètres de différenciation cellulaire basés sur l'immunofluorescence.
- Permet un criblage évolutif de molécules candidates ou de produits biologiques dans un microenvironnement physiologiquement pertinent.
- Prend en charge l'évaluation fiable d'interventions ciblant les voies hôte-microbiote ou immunitaires.
Recherche translationnelle et préclinique
- S'aligne sur les mécanismes pertinents pour la maladie en modélisant les réponses immunitaires muqueuses humaines face à des défis bactériens et fongiques.
- Assure la transition entre la découverte et la validation préclinique grâce à la continuité des paramètres fonctionnels et structuraux.
- Facilite les décisions d'avancement ajustées au risque pour les actifs ciblant l'homéostasie immunitaire intestinale ou les infections.
- Offre des connaissances mécanistiques soutenant le développement de biomarqueurs translationnels.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Ce modèle d’intestin-sur-puce s’inscrit dans un continuum allant de la découverte précoce à l’identification de candidats et aux études mécanistiques précliniques, en soutenant des tests itératifs d’hypothèses et la priorisation des cibles.
- Biologie de la découverte : Permet des tests rigoureux de l'hypothèse nulle des voies de réponse immunitaire et de la fonction barrière dans des conditions de mise en contact contrôlées avec des micro-organismes.
- Criblage : Fournit des résultats quantitatifs et reproductibles pour le tri de composés et la normalisation des tests.
- Analytique : Permet des mesures multiplexées, notamment le profilage des cytokines, l'infiltration des cellules immunitaires et l'intégrité épithéliale.
- Recherche translationnelle : Offre une plateforme pour corréler les résultats in vitro avec des biomarqueurs pertinents pour les maladies et des critères d'évaluation précliniques.
- Réutilisation en entreprise : Fonctionne comme un système modulaire et évolutif, adaptable à divers programmes de recherche et développement liés au tube digestif.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la validation des cibles immunitaires intestinales.
- Valeur opérationnelle : Standardise les protocoles complexes de co-culture et permet la génération de données reproductibles et multiplexées.
- Valeur stratégique : Améliore la qualité des décisions d'orientation (go/no-go) et l'efficacité du capital en réduisant les risques biologiques en phase avancée.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation et l'avancement, ajustés au risque, des actifs ciblant l'immunité intestinale ou les infections.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Requiert une expertise dans la manipulation de bio-puces microfluidiques et dans les techniques avancées de culture cellulaire.
- Nécessite un accès à l'imagerie par immunofluorescence et à une infrastructure analytique multiplexée.
- Exige une standardisation interéquipes pour assurer la reproductibilité et la comparabilité des données.
- L'adaptation à différentes sources de cellules immunitaires ou à diverses espèces microbiennes peut nécessiter une optimisation du protocole.
- La complexité du modèle et le maintien d'une microflore homéostatique représentent des limites pratiques pour une utilisation à haut débit.
F.A.Q. sur la bio-industrie pharmaceutique
Chapters in this video
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Introduction
1:36
Harvesting and Seeding of Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) for Human Intestine‐on‐Chip Model
4:03
Microfluidic Perfusion of HUVEC and C2BBe1 Cultured Biochips for Analyzing Immune Responses to Microbial Colonization
