Modèle d’intestin sur puce immunocompétent pour l’analyse des réponses immunitaires de la muqueuse intestinale
May 24th, 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 intestin-sur-puce avancé qui simule la muqueuse intestinale humaine. Le modèle incorpore des structures 3D et divers types de cellules, facilitant l'analyse des réponses immunitaires et des fonctions cellulaires en relation avec la colonisation microbienne.
Composants clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neuroscience
- Biologie
- Microbiologie
Contexte
- Développement de plateformes organe-sur-puce immunocompétentes.
- Importance de l'étude des interactions hôte-pathogène.
- Défis dans le maintien de la microflore vivante in vitro.
- Nécessité de reproduire des structures 3D organotypiques.
Objectif de l'étude
- Créer des modèles in vitro humanisés physiologiquement pertinents.
- Analyser les réponses immunitaires à la colonisation microbienne.
- Identifier des cibles moléculaires pour la thérapie des maladies infectieuses.
Méthodes utilisées
- Création de plateformes intestin-sur-puce.
- Utilisation du flux pour façonner les structures organotypiques.
- Maintien des conditions homéostatiques pour la microflore.
- Analyse approfondie des fonctions cellulaires.
Principaux résultats
- Simulation réussie de la muqueuse intestinale humaine.
- Meilleure compréhension des réponses immunitaires.
- Aperçu des effets de la colonisation microbienne.
- Applications potentielles dans l'identification de cibles thérapeutiques.
Conclusions
- Le modèle intestin-sur-puce est un outil précieux pour la recherche.
- Il permet l'étude d'interactions complexes dans un environnement contrôlé.
- Les futures études peuvent s'appuyer sur ce modèle pour la recherche sur les maladies infectieuses.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
The immunocompetent intestine-on-chip model enables high-fidelity analysis of gut mucosal immune responses under physiologically relevant conditions, addressing a critical gap in preclinical discovery. By integrating primary human immune cells and supporting complex host-microbiota interactions, this platform enhances predictive confidence for target validation and mechanistic de-risking in infectious and inflammatory disease pipelines. Its multiplexed functional readouts and compatibility with advanced imaging position it as a reusable asset for translational research and portfolio triage.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses involving gut mucosal immunity and host-pathogen interactions.
- Supports biological de-risking by modeling tissue-resident immune cell responses to microbial colonization.
- Facilitates functional target validation through quantitative readouts such as cytokine release and immune cell infiltration.
- Improves predictive confidence for advancing targets implicated in intestinal barrier function and immune modulation.
Screening & Assay Development
- Provides a validated, organotypic system for standardized assessment of compound effects on epithelial integrity and immune activation.
- Delivers reproducible, multiplexed outputs including permeation assays and immunofluorescence-based cell differentiation metrics.
- Enables scalable screening of candidate molecules or biologics in a physiologically relevant microenvironment.
- Supports reliable evaluation of interventions targeting host-microbiota or immune pathways.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant mechanisms by modeling human mucosal immune responses to bacterial and fungal challenges.
- Bridges discovery and preclinical validation through continuity of functional and structural readouts.
- Facilitates risk-adjusted advancement decisions for assets targeting gut immune homeostasis or infection.
- Provides mechanistic insights supporting translational biomarker development.
Pipeline & Workflow Integration
This intestine-on-chip model fits from early discovery through lead identification and preclinical mechanistic studies, supporting iterative hypothesis testing and target prioritization.
- Discovery Biology: Enables robust null hypothesis testing of immune response pathways and barrier function under controlled microbial exposure.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible outputs for compound triage and assay standardization.
- Analytics: Supports multiplexed measurements including cytokine profiling, immune cell infiltration, and epithelial integrity.
- Translational Research: Provides a platform for aligning in vitro findings with disease-relevant biomarkers and preclinical endpoints.
- Enterprise Reuse: Functions as a modular, scalable system adaptable to diverse gut-related R&D programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in gut immune target validation.
- Operational Value: Standardizes complex co-culture workflows and enables reproducible, multiplexed data generation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by reducing late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of assets targeting intestinal immunity or infection.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microfluidic biochip handling and advanced cell culture techniques.
- Demands access to immunofluorescence imaging and multiplexed analytical infrastructure.
- Necessitates cross-team standardization for reproducibility and data comparability.
- Adaptation across different immune cell sources or microbial species may require protocol optimization.
- Model complexity and maintenance of homeostatic microbiota present practical limitations for high-throughput use.
