שימוש בפלטפורמת רקמת מחסום MicroSiM (μSiM) למידול מחסום הדם-מוח
12 בינואר 2024
דוח זה מספק פרוטוקולים להרכבה, תרבית תאים ובדיקות על פלטפורמת μSiM לבניית מודלים של מחסום דם-מוח.
אנו מפתחים מודל רקמה GI של מחסום הדם-מוח כדי להבין את ההשפעה של אלח דם על המוח ואת תרומתם של גורמים הנישאים בדם. שימוש בתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים על ידי בני אדם. אנו מתכננים להעריך את תרומתם של גורמים גנטיים לרגישות של אוכלוסיות חולים מסוימות.
אתגרי הניסוי הנוכחיים בקהילת שבבי הרקמות הם שחזור התוצאות ואימוץ טכניקות על ידי מעבדות חיצוניות. עיצובים ייחודיים של שבבי רקמות, נפחים קטנים בתוך שבבי רקמות, והיעדר בדיקות פונקציונליות סטנדרטיות תורמים כולם לאתגרים אלה ולעתים קרובות מגבילים את המשתמשים לבדיקות מבוססות פלורסנט כפלט העיקרי שלהם. התקני Micro simm מציעים מודולריות למידול רב-תכליתי במבחנה, משטח אור זכוכית אידיאלי להדמיית סגנון חיים ברזולוציה גבוהה וננו-ממברנה אולטרה syn 100 ננומטר, המיוצרת היטב, המבטיחה דיבור צולב גורם מסיס חלק ומבחני חדירות מדויקים.
עם המיקרו סים, ראינו שסוגי תאים מסוימים נוטים לייצר יותר חלבוני מטריצה המספקים פיגום תומך סביב כלי הדם במוח. כעת אנו יכולים לשאול אם דלקת גורמת לאותם תאים לחזק או לפרק את המטריצות שלהם, ובכך לשנות את שלמות המחסום. בעתיד, נוסיף תא נוסף למודל עם תאים ירוקים כגון אסטרוציטים ומיקרוגליה כדי לחקור כיצד תאים אלה מתקשרים עם מחסום הדם-מוח במקרים של דלקת מערכתית כמו אלח דם.
אנו מתכננים גם לחקור גורמים נוספים לדלקת מערכתית כמו הזיות לאחר ניתוח, המבוססות על דמנציה.
סקירה כללית
מחקר זה מפתח מודל שבב-רקמה (tissue chip) של מחסום הדם-מוח כדי לבחון את השפעותיה של אלח דם (sepsis) על תפקוד המוח. באמצעות שימוש בתאי גזע פלוריפוטנטיים מושריים של בני אדם, המחקר שואף להעריך גורמים גנטיים המשפיעים על רגישותם של מטופלים.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- ביולוגיה של התא
- הנדסת רקמות
רקע
- הבנת מחסום הדם-מוח היא קריטית לחקר מצבים נוירולוגיים.
- האתגרים הנוכחיים כוללים שחזור וסטנדרטיזציה בטכנולוגיית שבבי רקמה.
- מכשירי MicroSIM מציעים פתרונות חדשניים למידול in vitro.
- השפעת הדלקת על שלמות המחסום היא תחום מחקר מרכזי.
מטרת המחקר
- ליצירת מודל מהימן לחקר דינמיקת מחסום הדם-מוח.
- לבדיקה כיצד דלקת מערכתית משפיעה על בריאות המוח.
- להערכת תפקידן של סוגי תאים שונים בשמירה על שלמות המחסום.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הרכבת התקני microSIM לתרבית תאים.
- פרוטוקולי זריעה ודגירה של תאי אנדותל.
- טכניקות של צביעה אימונוהיסטוכימית להדמיית אינטראקציות בין תאים.
- מיקרוסקופיה קונפוקלית להדמיה וניתוח של תכונות מחסום.
תוצאות עיקריות
- מכשירי MicroSIM הדגימו תנאי תרבית תאים יעילים.
- הוכח כי דלקת משנה את ייצור חלבוני המטריקס.
- זוהו צפיפויות זריעה אופטימליות לתרבית משותפת יעילה.
- נצפו שכבות תאים מובחנות, המעידות על פיתוח מוצלח של המודל.
מסקנות
- פלטפורמת ה-microSIM היא כלי מבטיח לחקר מחסום הדם-מוח.
- מחקרים עתידיים ירחיבו את המודל כך שיכלול אסטרוציטים ומיקרוגליה.
- מחקר זה עשוי להוביל להבנה טובה יותר של השפעות דלקת מערכתית על המוח.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למסגרת ניהולית
פלטפורמת רקמת המחסום microSiM (µSiM) מאפשרת מידול מתקדם של מחסום הדם-מוח (BBB) באמצעות דימוי תאים חיים והערכה כמותית ישירה של חדירות. יכולת זו נותנת מענה לאתגרי השחזור והסטנדרטיזציה במחקר פרה-קליני של ה-BBB, ותומכת בביטחון ניבויי בגילוי תרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS) ובצמצום סיכונים מכניסטיים. התאימות של הפלטפורמה לתאים ראשוניים ולתאים המופקים מ-hiPSC ממצבת אותה כנכס רב-פעמי עבור פורטפוליים של נוירוביולוגיה תרגומית.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בדיקה של שלמות מחסום הדם-מוח (BBB) ושל אינטראקציות תאיות תחת תנאים הרלוונטיים למחלה.
- תומך בהפחתת סיכונים מכניסטית על ידי מתן אפשרות להערכה ישירה של דינמיקת חלבוני המטריקס ותפקוד המחסום.
- מקל על תיקוף פונקציונלי של מטרות באמצעות בדיקות חדירות כמותיות ומדדי אימונופלואורסצנציה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק מערכת סטנדרטית ומודולרית להקמה רב-מעבדתית וניתנת לשחזור של מודל BBB.
- מספק פלטים כמותיים עבור חדירות וצביעה אימונוהיסטוכימית, התומכים בפיתוח ובאופטימיזציה של בדיקות.
- מאפשר דימוי ברזולוציה גבוהה וקריאה ישירה ללא צורך בחילוץ ממברנות, דבר המייעל את שילוב זרימת העבודה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מדמה את מחסום הדם המוח (BBB) האנושי באמצעות תאים ראשוניים ותאים שנגזרו מ-hiPSC, ובכך משפר את הרלוונטיות למחלה ואת ההמשכיות התרגומית.
- מאפשר חקירה של גורמים גנטיים ודלקתיים המשפיעים על תפקוד ה-BBB, ובכך תומך בהתאמת סממנים ביולוגיים (biomarkers).
- מסייע בקבלת החלטאות על קידום מותאם סיכונים על ידי אספקת נתונים חזקים וניתנים לשחזור על תפקוד המחסום.
שילוב תהליכים וזרימת עבודה
פלטפורמת ה-microSiM מתאימה לשלבים החל מגילוי מוקדם ועד לתיקוף פרה-קליני, ומאפשרת בדיקת היפותזות, פיתוח בדיקות (assays) ומחקר תרגומי במסלולי פיתוח של תרופות למערכת העצבים המרכזית (CNS).
- ביולוגיה של גילוי: תומך במחקרים מכניסטיים של שלמות ה-BBB, עיצוב מחדש של המטריקס ותקשורת תאית תחת הפרעות דלקתיות או גנטיות.
- סקר (Screening): מספק תוצאות כמותיות וניתנות לשחזור של חדירות ואימונופלורסצנציה לצורך הערכת תרכובות.
- אנליזה: מאפשר מדידה ישירה של תפקוד המחסום ושלמות שכבת התאים, ובכך תומך בהשוואות בין תנאים שונים.
- מחקר תרגומי: עולה בקנה אחד עם מודלים של מחלות אנושיות על ידי שימוש בתרביות משולבות (co-cultures) של תאים ראשוניים ותאים המופקים מ-hiPSC.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פלטפורמה מודולרית וסטנדרטית הניתנת להתאמה לצרכים מגוונים של מחקר וסקר של ה-BBB.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי ומפחית עמימות מכניסטית במחקרי BBB.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות, הסטנדרטיזציה והיכולת להרחבה (scalability) בין צוותי מחקר.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך פיתוח (go/no-go) ואת יעילות ההון באמצעות אספקת נתונים כמותיים חסונים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכון ובקידום נכסים המיועדים ל-CNS.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בתרביות תאים, בצביעה אימונוהיסטוכימית ובדימוג קונפוקאלי.
- דורש גישה למכשירי microSiM, לתשתיות בטיחות ביולוגית ולמכשור אנליטי.
- דורש סטנדרטיזציה בין צוותים להבטחת הדירות של בדיקות חדירות ודימוג.
- ניתן להתאמה הן למודלים של תאים ראשוניים והן למודלים המופקים מ-hiPSC ליישום רחב יותר.
- תלוי באופטימיזציה קפדנית של צפיפות הזריעה ומשכי התרבית להבשלה של המחסום.
