Profilage du pH luminal dans des organoïdes gastro-intestinaux tridimensionnels à l’aide de microélectrodes
5 juillet 2024
Le présent protocole décrit les mesures du pH dans les organoïdes gastriques dérivés de tissus humains à l’aide de microélectrodes pour la caractérisation spatio-temporelle de la physiologie intraluminale.
L’objectif global de notre recherche est de comprendre comment les cellules épithéliales gastriques, les cellules immunitaires, les cellules stromales et leurs produits, tels que les cytokines et le mucus, travaillent ensemble pour répondre à l’infection par l’agent pathogène gastrique helicobacter pylori. À cette fin, nous essayons de construire des modèles physiologiquement complexes pertinents de la muqueuse gastrique humaine. Des études antérieures avec des organoïdes gastriques ont montré des résultats contradictoires concernant la capacité de ces modèles à maintenir les cellules pariétales sécrétant de l’acide.
En utilisant les microélectrodes de pH, nous avons démontré qu’en l’absence de protocoles spécifiques de différenciation ou de stimulation, les organoïdes gastriques humains maintiennent un pH presque neutre dans la lumière. Relative en termes d’accessibilité, la lumière organoïde a longtemps restreint notre compréhension du microenvironnement à l’intérieur. Nous démontrons les premières mesures réussies du pH des microélectrodes pour la caractérisation fonctionnelle des organoïdes.
Notre méthode basée sur les microélectrodes pourrait fournir aux chercheurs un outil fiable et adaptable à leurs besoins spécifiques. Jusqu’à présent, la mesure du pH dans les organoïdes gastro-intestinaux impliquait l’utilisation de colorants sensibles au pH qui s’appuient sur l’imagerie microscopique pour la quantification. Le principal avantage de l’utilisation de microélectrodes est qu’elles fournissent des lectures numériques précises du pH.
De plus, le pH intraluminal peut être enregistré en temps réel et avec une résolution spatiale supérieure. Nous travaillons à un modèle entièrement fonctionnel de la couche de mucus gastrique humain avec le gradient de pH physiologique afin que nous puissions étudier le rôle de cette barrière dans l’infection à Helicobacter pylori. L’objectif ultime est de développer de nouveaux traitements cytoprotecteurs qui renforcent la couche de mucus et empêchent l’invasion bactérienne.
Aperçu
Ce protocole décrit l'utilisation d'électrodes microscopiques pour des mesures de pH dans des organoïdes gastriques dérivés de tissus humains, permettant une caractérisation spatiotemporelle de la physiologie intraluminale. L'étude vise à améliorer la compréhension des réponses épithéliales gastriques à l'infection par Helicobacter pylori.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Gastro-entérologie
- Biologie cellulaire
Contexte
- Les organoïdes gastriques sont utilisés pour modéliser la muqueuse gastrique humaine.
- Des études antérieures ont montré des résultats contradictoires concernant les cellules pariétales sécrétant de l'acide.
- La compréhension du microenvironnement au sein des organoïdes est essentielle pour l'étude de la physiologie gastrique.
- Les microélectrodes offrent une nouvelle méthode pour une mesure précise du pH.
Objectif de l'étude
- Développer une méthode fiable pour mesurer le pH intraluminal dans les organoïdes gastriques.
- Étudier le rôle de la couche de mucus gastrique dans l'infection par Helicobacter pylori.
- Créer un modèle pouvant conduire à de nouveaux traitements cytoprotecteurs.
Méthodes utilisées
- Préparation d'organoïdes gastriques humains.
- Utilisation de microélectrodes pour la mesure en temps réel du pH.
- Étalonnage des microélectrodes pour des lectures précises.
- Enregistrement du pH dans différentes régions des organoïdes.
Résultats principaux
- Les organoïdes gastriques humains maintiennent un pH proche du neutre en l'absence de protocoles spécifiques.
- Les microélectrodes permettent des mesures précises du pH et une résolution spatiale élevée.
- Des variations du pH luminale ont été observées dans plusieurs organoïdes.
- La méthode peut être adaptée à divers besoins de recherche.
Conclusions
- La méthode basée sur les microélectrodes est efficace pour l'étude de la physiologie des organoïdes gastriques.
- La compréhension des dynamiques du pH peut éclairer les stratégies de traitement des infections gastriques.
- Cette approche renforce le potentiel de développement de nouvelles interventions thérapeutiques.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
Le profilage quantitatif du pH luminal dans des organoïdes gastro-intestinaux en 3D à l'aide de microélectrodes permet une caractérisation fonctionnelle précise de modèles tissulaires pertinents pour la maladie. Cette capacité renforce la confiance prédictive dans la découverte précoce et la validation de cibles en biologie de la muqueuse gastrique, notamment dans les études sur l'infection et la fonction de barrière. Des mesures intraluminales fiables facilitent la continuité translationnelle, de la découverte au développement de modèles précliniques, dans les portefeuilles de recherche et développement de la biopharmacie.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmacie
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet d'interroger des hypothèses relatives aux fonctions épithéliales et de barrière dans des systèmes d'organoïdes physiologiquement pertinents.
- Contribue à l'atténuation des risques biologiques en fournissant des lectures directes et quantitatives des modifications du microenvironnement luminal.
- Facilite la validation fonctionnelle de cibles thérapeutiques pour les voies impliquées dans l'infection gastrique et la défense muqueuse.
Développement de criblages et de tests
- Prépare des modèles d'organoides validés pour le criblage de composés et les études mécanistiques ultérieures.
- Fournit des sorties quantitatives de pH standardisées, reproductibles pour le développement de tests.
- Permet une surveillance en temps réel et à haute résolution des conditions luminaires afin de soutenir une évaluation fiable des composés.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les résultats du modèle d'organoïde avec des paramètres physiologiques pertinents pour la maladie, afin de développer des biomarqueurs translationnels.
- Assure une continuité entre la découverte in vitro et la validation préclinique des modèles de fonction de la barrière gastrique et d'infection.
- Appuie les décisions d'avancement ajustées au risque en clarifiant les mécanismes sous-jacents aux interventions candidates.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette méthode de profilage du pH basée sur des microélectrodes s'intègre à la continuité découverte-préclinique, reliant les premiers tests d'hypothèses à la validation de modèles translationnels.
- Biologie de la découverte : Permet la vérification d'hypothèses et la clarification des voies dans des systèmes d'organoïdes complexes.
- Essais de dépistage : Fournit des mesures quantitatives et reproductibles du pH pour évaluer la préparation et assurer la standardisation des tests.
- Analytique : Fournit des relevés en temps réel et haute résolution pour comparer les conditions expérimentales et les sorties des modèles.
- Recherche translationnelle : Relie les résultats in vitro à des modèles précliniques en s'alignant sur les gradients physiologiques de pH et la fonction barrière.
- Réutilisation en entreprise : Met en place une plateforme réutilisable pour la caractérisation fonctionnelle dans diverses études basées sur des organoïdes.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur la muqueuse gastrique.
- Valeur opérationnelle : Standardise la mesure du pH luminale à l'aide d'un instrument scalable et reproductible.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions d'orientation (go/no-go) et l'efficacité du capital en clarifiant les sorties du modèle fonctionnel.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des programmes de découverte et précliniques ciblant les voies de la barrière gastrique et des infections.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en culture d'organoïdes et en utilisation d'électrodes micro-manipulées contrôlées par micromanipulateur.
- Exige un accès à des microélectrodes étalonnées, à des électrodes de référence et à un logiciel analytique compatible.
- Implique une standardisation inter-équipes des protocoles de mesure pour assurer la reproductibilité.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les types d'organoïdes ou les environnements luminaux.
- La résolution spatiale et la durée des mesures sont limitées par la taille des organoïdes et la stabilité des électrodes.
