צ'יפ Multi-האיבר - פלטפורמת Microfluidic לCoculture Multi-רקמה לטווח ארוך
28 באפריל 2015
32.3K צפיות
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לתרבית תאים ראשוניים, מודלים של רקמות וביופסיות ניקוב בשבב מיקרופלואידי מרובה איברים למשך עד 28 ימים. תאי אנדותל מיקרו-וסקולריים עוריים אנושיים, אגרגטים בכבד וביופסיות עור שולבו בהצלחה במחזור מדיה משותף.
סקירה כללית
מאמר זה מציג פרוטוקול לתרבית משותפת של תאים ראשוניים, מודלים של רקמות וביופסיות בעזרת מחטיש (punch biopsy), תוך שימוש בשבב מיקרופלואידי רב-איברים למשך עד 28 ימים. המאמר מפרט את השילוב המוצלח של תאי אנדותל מיקרו-וסקולריים מהעור האנושי, אגרגטים של כבד וביופסיות של עור בתוך מערכת סירקולציה משותפת של מדיום.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- ביולוגיה של התא
- מיקרופלואידיקה
רקע
- מערכות מיקרופלואידיות מאפשרות שילוב של מספר מערכות איברים.
- טכניקות של תרבית משותפת (Coculture) יכולות לשפר את חקר האינטראקציות התאיות.
- שמירה על חיות ותפקוד של תאים לאורך תקופות ממושכות היא קריטית.
- מחקר זה בוחן את הפוטנציאל של שבב רב-איברי לתרבית ארוכת טווח.
מטרת המחקר
- פיתוח פרוטוקול מהימן לתרבית משותפת (coculturing) של סוגי תאים שונים.
- בחינת האינטראקציות בין תאים אנדותלייאליים לבין מודלים של רקמות.
- הערכת חיוניות התאים בסביבה מיקרופלואידית לאורך זמן.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- תכנון וייצור של שבב מיקרופלואידי.
- בידוד של תאי אנדותל מיקרו-וסקולריים ראשוניים מעור של בני אדם.
- הכנת אגרגטים של כבד וביופסיות של עור.
- הקמת סירקולציה של מצע משותף לתרבית משולבת (coculture).
תוצאות עיקריות
- תרבית משותפת מוצלחת של תאי אנדותל, אגרגטים של כבד וביופסיות של עור.
- התאים שמרו על חיוניות למשך עד 28 ימים.
- תצפיות על אינטראקציות תאיות בסביבה מיקרופלואידית.
- יישומים פוטנציאליים בבדיקת תרופות ובמידול מחלות.
מסקנות
- השבב המיקרופלואידי רב-האיברים יעיל לתרבית משותפת (coculture) לטווח ארוך.
- גישה זו יכולה להקל על חקר אינטראקציות תאיות מורכבות.
- מחקרים עתידיים עשויים להרחיב את היישומים של טכנולוגיה זו.
שאלות נפוצות
מהו שבב מיקרופלואידי רב-איברים?
שבב מיקרופלואידי רב-איברים הוא התקן המאפשר תרבית סימולטנית של סוגי תאים מרובים בסביבה מבוקרת.
במשך כמה זמן ניתן לתרבת תאים במערכת זו?
ניתן לתרבת תאים למשך עד 28 ימים בשבב המיקרופלואידי רב-האיברים.
אילו סוגי תאים שימשו במחקר זה?
במחקר נעשה שימוש בתאי אנדותל מיקרו-וסקולריים מהדרמיס של בני אדם, אגרגטים של כבד וביופסיות של עור.
מהם היישומים הפוטנציאליים של מחקר זה?
יישומים פוטנציאליים כוללים בדיקת תרופות ומידול מחלות בסביבה מבוקרת.
מהם היתרונות של שימוש בטכניקות של תרבית משותפת (coculture)?
טכניקות של תרבית משותפת (Coculture) יכולות להעמיק את ההבנה של אינטראקציות תאיות ולשפר את הרלוונטיות של מודלים in vitro.
כיצד עובדת סירקולציית המדיום בשבב?
סירקולציית המדיום מאפשרת חילוף של חומרים מזינים ומסלקים, ובכך תומכת בבקיאות ובתפקוד התאים.
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
תרבית משותפת ארוכת טווח של מספר רקמות בפלטפורמה מיקרופלואידית נותנת מענה לצורך הקריטי במודלים פרה-קליניים חזויים הלוכדים טוב יותר אינטראקציות בין איברים והשפעות של חשיפה כרונית לחומרים. על ידי מתן אפשרות לזרימת נוזלים יציבה וקרובה לתנאים פיזיולוגיים ומינון חוזר לאורך 28 ימים, המערכת תומכת בהסרת סיכונים מנגנונית בשלבי גילוי מוקדמים ומשפרת את הביטחון התרגומי להערכת רעילות כבדית ובטיחות עורית. דבר זה ממצב את הטכנולוגיה כיכולת לשימוש חוזר לזיהוי מובילים (lead identification) ומידול חזוי בצינורות פיתוח של מו"פ פרמצבטיים.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר חקירה של מסלולי איתות בין-רקמתיים והפחתת סיכונים מכניסטיים של אינטראקציות בין איברים המושרה על ידי תרכובות.
- ערך תפעולי: תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות בסביבה מיקרוסקופית רב-תאית המשקפת מורכבות פיזיולוגית.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מספק פלטפורמה סטנדרטית וניתנת לשחזור להערכה כמותית של השפעות חומרים על פני מודלים של רקמות מקושרות.
- ערך תפעולי: מאפשר תרבית משותפת (coculture) ארוכת טווח וניתנת להרחבה עם פרפוזיה של מצע גידול לחשיפה חוזרת תרכובות ולאיסוף נתונים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: משפר את הרלוונטיות למחלה על ידי מידול אינטראקציות של כבד-עור-כלי דם אנושיים במערכת מבוקרת עם פרפוזיה.
- ערך תפעולי: תומך ברצף מהשלב הגילוי ועד להערכה פרה-קלינית על ידי שמירה על התפקוד הרקמתי לאורך תקופות תרבית ממושכות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
השבב המיקרופלואידי רב-האיברים משתלב בתהליכי גילוי מוקדמים על ידי מתן אפשרות לבחינת השערות בנוגע לרעילות ספציפית לאיברים ולמודולציה של מסלולים במערכת של תרבית משותפת (coculture) הרלוונטית לבני אדם.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת בדיקת היפותזות בנוגע לתקשורת בין-איברית ולהשפעות של תרכובות על תפקודים ספציפיים לרקמה.
- סריקה: מספקת מוכנות לבדיקה באמצעות תנאי קו-תרבית (coculture) יציבים ומבושפים המתאימים לסריקת ספריות תרכובות.
- אנליטיקה: מייצרת תוצאי קריאה כמותיים ורזולוציית זמן ממספר מדורי רקמה כדי לתמוך בניתוח השוואתי של תנאים.
- מחקר תרגומי: מקדם רציפות פרה-קלינית על ידי שימור ארכיטקטורה ותפקוד אורגנוטיפי לאורך תקופות תרבית של 28 ימים.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פלטפורמת בישוף לשימוש חוזר הניתנת להתאמה לשילובי רקמות מגוונים ולמסעות בדיקה של תרכובות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: משפר את הביטחון החיזוי על ידי הפחתת העמימות המכניסטית בתקשורת בין איברים (organ-organ crosstalk) ובתגובה לחומרים.
- ערך תפעולי: מבטיח סטנדרטיזציה, הדירות ויכולת הרחבה של תרבית משותפת רב-תאית לטווח ארוך תחת זרימה מבוקרת.
- ערך אסטרטגי: מסייע בקבלת החלטות מושכלות יותר לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) על ידי זיהוי מוקדם של סיכונים ספציפיים לאיבר, ובכך מפחית את הסיכון לנשירה בשלבים מאוחרים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של מועמדים מותאם-סיכון, בהתבסס על סבילות רב-רקמתית ומדדים תפקודיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בהפעלת מערכות מיקרופלואידיקה, טיפול בתאים ראשוניים והכנת מודלים של רקמות.
- תלוי במכשור התואם לפרפוזיה, טיפול סטרילי בנוזלים ותשתית לניטור בזמן אמת.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של הרכבי מצעי גידול, קצבי זרימה ופרוטוקולי דגימה כדי להשיג תוצאות הדירות.
- כולל שיקולי התאמה בעת שילוב רקמות ראשוניות מגוונות או ביופסיות בעלות דרישות תרבית משתנות.
- מוגבל על ידי הצורך בייצור ותיקוף מיוחדים של תכנוני שבבים כדי לשמר מאמץ גזירה פיזיולוגי ויחסי נפח.
שאלות נפוצות בתחום הביו-פארמה
מדוע תרבית ארוכת טווח חשובה למחקרי תיקוף של מטרות (target validation)?
תרבית לטווח ארוך מאפשרת חשיפה חוזרת לחומרים ותצפית על השפעות רעילות מושהות או מצטברות, שהן קריטיות לתיקוף מטרות במודלים של מחלות כרוניות. המערכת תומכת בהישרדות של תרבית משותפת (coculture) למשך עד 28 ימים, מה שמאפשר הערכה של מעורבות מטרות ממושכת ותגובות ספציפיות לאיברים לאורך זמן. משך זמן זה משפר את הביטחון החזוי על ידי חיקוי משטרי מינון אנושיים וחשיפת אינטראקציות בין איברים המופיעות בשלב מאוחר, ואשר אינן נלכדות בבדיקות לטווח קצר.
כיצד בידוד משתנים בלתי תלויים משפר את יעילות צינור הגילוי?
התכנון המיקרופלואידי מאפשר בקרה מדויקת על זרימת הנוזלים, הרכב המצע ומיקום הרקמה, ובכך מאפשר בידוד של משתנים כגון מאמץ גזירה או ריכוז תרכובות. בקרה זו מפחיתה גורמים מתערבים בניסויי תרבית משותפת (coculture), ובכך משפרת את מהימנות הנתונים לצורך תיקוף מטרות ואופטימיזציה של מולקולות מובילות. על ידי סטנדרטיזציה של פרמטרים אלו, צוותים יכולים להשוות תנאים בין ניסויים ברמת שחזור גבוהה יותר ועם פחות תוצאות חיוביות שגויות.
אילו מדידות כמותיות מאפשרת המערכת עבור משתנים תלויים?
הפלטפורמה תומכת בקריאות כמותיות כגון הפרשת מטבוליטים, פעילות אנזימטית, שלמות המחסום וסממני חיוניות מכל מדור רקמה. מדידות אלו מאפשרות מידול תגובה למינון וניתוח קינטי של השפעות חומרים על פני רקמות מקושרות. דגימה ברזולוציית זמן באמצעות מערכת הפרפוזיה מאפשרת מעקב אורך של שינויים תפקודיים, ובכך תומכת בהבנה מכניסטית ובהערכת מרווחי בטיחות.
מדוע דרישות שחזור הן חיוניות לשיתוף פעולה רב-תחומי?
שחזור מבטיח שתגובות הרקמה שנצפו הן עקביות ואינן נובעות משונות סטוכסטית בזריעת התאים או בהכנת השבב. פרוטוקולים סטנדרטיים ליצירת אגרגטים של כבד, מיקום ביופסיות של עור וזריעה אנדותליאלית מאפשרים לצוותי רעלנות, DMPK וביולוגיה להפיק נתונים ברי-השוואה. עקביות זו תומכת בפרשנות משותפת של התוצאות ובסנכרון לגבי קריטריונים של go/no-go בצוותי פרויקט רב-תחומיים.
אילו יכולות ניתוח סטטיסטי נדרשות לפני יישום מערכת זו?
היישום דורש יכולת לביצוע ניתוח נתונים אורכי, כולל ANOVA עם מדידות חוזרות או מודלים של אפקטים מעורבים (mixed-effects models), כדי להביא בחשבון מתאמים זמניים במדדים מבוססי פרפוזיה. על הצוותים להחיל גם תיקון להשוואות מרובות בעת הערכת נקודות קצה רבות ברקמות או נקודות זמן מרובות. יכולות אלו מבטיחות שההבדלים שנצפו הם חסונים מבחינה סטטיסטית ולא נובעים מרעש, ובכך תומכות בקבלת החלטות בביטחון בהערכה פרה-קלינית.
