Procédé de bio-impression à haut débit pour modéliser la perméabilité vasculaire dans des plaques standard à six puits avec flexibilité de taille et de motif
August 16th, 2024
Nous présentons un protocole pour la production à haut débit de canaux vasculaires avec des tailles flexibles et des motifs souhaités sur une plaque standard à six puits en utilisant la technologie de bio-impression 3D, appelée vaisseaux sur plaque (VOP). Cette plateforme a le potentiel de faire progresser le développement de traitements pour les troubles associés à l’endothélium compromis.
Le développement de nouvelles thérapies ciblant la perméabilité vasculaire, un précurseur de maladies prévalentes comme l’athérosclérose, nécessite des tests précliniques rigoureux. Cependant, des méthodes de fabrication complexes entravent souvent la reproductibilité et la production à haut débit des modèles in vitro, ce qui est une condition préalable aux tests pharmacologiques. Ici, nous exploitons l’automatisation de la technologie de bio-impression multi-matériaux pour résoudre ce problème.
En intégrant le système conventionnel de plaques de puits à l’impression 3D contrôlée par ordinateur, nous avons rationalisé le processus de fabrication, simplifié le processus de culture et permis l’analyse en temps réel grâce à sa compatibilité avec les lecteurs de microplaques et les configurations d’imagerie microscopique. Cependant, les méthodes existantes impliquent souvent des processus de fabrication manuels en plusieurs étapes, ce qui entrave leur reproductibilité. Notre recherche introduit la production logicielle de modèles de vaisseaux sanguins humains in vitro avec des géométries complexes.
La bio-impression sur plaques multi-puits permet une production à la demande et à haut débit. Ces progrès suggèrent que les modèles tissulaires in vitro seront cruciaux pour les futures découvertes médicales.
Aperçu
Cette étude présente un protocole pour la production à haut débit de canaux vasculaires en utilisant la technologie d'impression biologique 3D. La plateforme des vaisseaux-sur-plaque (VOP) vise à améliorer le développement thérapeutique pour les troubles liés à un endothelium compromis.
Composantes clés de l'étude
Domaine de la science
- Biologie vasculaire
- Impression biologique 3D
- Tests pharmacologiques
Contexte
- Cibler la perméabilité vasculaire est crucial pour traiter des maladies comme l'athérosclérose.
- Les tests précliniques nécessitent des modèles in vitro reproductibles.
- Les méthodes de fabrication complexes peuvent entraver la production de modèles.
- L'automatisation dans l'impression biologique peut rationaliser le processus.
Objectif de l'étude
- Développer une méthode à haut débit pour créer des modèles vasculaires.
- Améliorer la reproductibilité des modèles de vaisseaux sanguins humains in vitro.
- Faciliter l'analyse en temps réel compatible avec l'équipement de laboratoire existant.
Méthodes utilisées
- Intégration de la technologie d'impression biologique multi-matériaux.
- Utilisation d'un système de plaque à six puits standard.
- Impression 3D contrôlée par ordinateur pour la fabrication du modèle.
- Compatibilité avec les lecteurs de microplaques et les configurations d'imagerie.
Résultats principaux
- Production réussie de canaux vasculaires avec des tailles flexibles.
- Le processus de fabrication rationalisé améliore la reproductibilité.
- Les capacités d'analyse en temps réel améliorent les résultats expérimentaux.
- Des avancées potentielles dans le développement thérapeutique pour les troubles vasculaires.
Conclusions
- La plateforme VOP offre une approche novatrice pour la production de modèles vasculaires.
- L'automatisation dans l'impression biologique peut améliorer significativement l'efficacité des tests.
- Cette méthode pourrait conduire à de meilleures stratégies thérapeutiques pour les maladies endothéliales.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
High-throughput bioprinting of vascular models in standard six-well plates addresses a critical bottleneck in preclinical drug discovery by enabling reproducible, scalable, and physiologically relevant assessment of vascular permeability. This platform supports predictive confidence in evaluating endothelial barrier function, directly impacting early-stage target validation and compound triage for vascular and blood-brain barrier-related indications. Its automation and compatibility with standard analytical infrastructure position it as a reusable asset for enterprise R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to endothelial dysfunction and vascular permeability.
- Supports biological de-risking by modeling human-relevant vascular geometries and barrier properties.
- Facilitates functional target validation through quantitative permeability measurements in engineered vessels.
- Improves predictive confidence for portfolio triage of vascular-targeted assets.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, perfusable vascular systems for downstream compound screening workflows.
- Standardizes assay conditions and geometry, enhancing reproducibility and quantitative output consistency.
- Enables high-throughput, parallelized testing in a microplate-compatible format.
- Supports reliable evaluation of compound effects on endothelial integrity and permeability.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro vascular models with disease-relevant human endothelial biology.
- Provides continuity from early discovery through preclinical validation of vascular-targeted therapies.
- De-risks translational advancement by enabling mechanistic studies of barrier modulation.
- Facilitates biomarker development for vascular permeability endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
This bioprinting method integrates into the discovery continuum from early target validation through lead identification and preclinical assessment of vascular function.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and mechanistic de-risking of endothelial targets.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible vascular models for compound evaluation.
- Analytics: Provides quantitative permeability readouts compatible with microplate readers and imaging systems.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical models of vascular dysfunction.
- Enterprise Reuse: Offers a scalable, automated platform adaptable across vascular biology programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in vascular permeability studies.
- Operational Value: Streamlines fabrication, standardizes workflows, and enhances reproducibility at scale.
- Strategic Value: Enables more informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of vascular and barrier-targeted assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in bioprinting, endothelial cell culture, and quantitative permeability assays.
- Needs access to computer-controlled 3D bioprinters, microplate readers, and imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of fabrication and assay protocols for reproducibility.
- Adaptable to various vascular geometries and sizes within standard plate formats.
- Limited by the need for specialized materials and cell sourcing as described in the protocol.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:12
Programming and Preparation of a 3D Bioprinter to Produce Vessels‐on‐a‐Plate (VOP) for Cell Culture
2:50
Fabrication of Vessels‐on‐a‐Plate (VOP) Platform Using a 3D Bioprinter to Facilitate Cell Culture
3:52
Hydrogel Preparation and Channel Embedding of a Vessels‐on‐a‐Plate (VOP) Platform for the Culture of Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVEC)
4:51
Human Umbilical Vein Endothelial Cell (HUVEC) Endothelization of a Vessels‐on‐a‐Plate (VOP) Platform
