מערכת פסאודואיסלט אנושית להערכה סינכרונית של דינמיקה ביו-חיישנית פלואורסצנטית ופרופילי הפרשת הורמונים
November 3rd, 2023
פרוטוקול זה מתאר שיטה לרכישה סינכרונית ורישום משותף של אירועי איתות תוך תאיים והפרשת אינסולין וגלוקגון על ידי פסאודואיסטים אנושיים ראשוניים באמצעות העברה אדנו-ויראלית של ביו-סנסור מחזורי אדנוזין מונופוספט (cAMP), גלאי הפרשי cAMP באתרו (cADDis) ומערכת מיקרופריפיוזיה.
המעבדה שלנו פועלת כדי להבין, למנוע ולהפוך תפקוד לקוי של תאי בטא והפרעות עפעפיים אחרות בסוכרת מסוג 1 וסוג שתיים. המחקרים שלנו מתמקדים בפתוגנזה של סוכרת אנושית על ידי שילוב מחקרים על הלבלב האנושי וביולוגיה של העפעפיים ובריאות ומחלות. עיניות אנושיות הן מבנים כדוריים תלת-ממדיים, וגישה לתאים לאורך כל העין מציבה כמה אתגרים ניסיוניים.
לדוגמה, כאשר מנסים להציג חיישנים ביולוגיים כדי להבין איתות של תאי ראייה, פרוטוקול העפעפיים המדומים שלנו מתגבר על אתגר זה על ידי ביצוע מניפולציות גנטיות במצב התא הבודד וצבירה של תאי ראייה אנושיים מותמרים אלה לעפעפיים מדומים עבור מחקרים במורד הזרם. מערכת העפעפיים המדומה שלנו מאפשרת לנו לבטא חיישנים ביולוגיים לאורך כל העין, ולא רק על פני העפעפיים. בשילוב עם דימות תאים חיים ומערכת מיקרופרפוזיה, אנו יכולים למדוד ולרשום במשותף תהליכים תוך-תאיים דינמיים עם הפרשת הורמונים במורד הזרם.
פרוטוקול זה יכול להיות מיושם כדי לענות על מגוון רחב של שאלות מדעיות חשובות. לדוגמה, אסטרטגיות להשתקת גנים יכולות להיות משולבות עם גישה זו כדי להבין את ההשפעה של גן מעניין על תפקוד העפעפיים ומסלולי איתות הקשורים, באופן גלובלי או ספציפי לעצמו.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה
מחקר זה דן בתפקוד לקוי של תאי בטא ובחריגות באיי הלבלב בסוכרת, תוך שימוש במערכת מודל פסאודו-איי להשגה סינכרונית של איתות תאי והפרשת הורמונים. השיטה משתמשת בהעברה אדנו-ויראלית של ביו-חיישן cAMP ומערכת מיקרו-פרפיוזיה כדי לאפשר ניתוח דינמי של תגובות אינסולין וגלוקגון.
רכיבי מחקר מרכזיים
תחום מחקר
- סוכרת מסוג 1 ומסוג 2
- ביולוגיה של איי הלבלב האנושיים
- דינמיקה של איתות תאי
רקע
- איי הלבלב האנושיים הם מבנים כדוריים המציגים אתגרים ניסיוניים.
- פרוטוקול הפסאודו-איי פותר את האתגרים הללו לצורך הכנסה יעילה של ביו-חיישן.
- הבנת איתות איי הלבלב היא קריטית למחקר סוכרת.
שיטות ששימשו
- העברה אדנו-ויראלית לביטוי ביו-חיישן
- מודל פסאודו-איי אנושי ראשוני
- מערכת מיקרו-פרפיוזיה למדידת הפרשת הורמונים
תוצאות עיקריות
- רישום מוצלח של איתות תוך-תאי והשחרור של ההורמונים.
- אפשר ניתוח של השפעות השתקת גנים על תפקוד איי הלבלב.
- ניטור דינמי של תגובות הפרשה בזמן אמת.
מסקנות
- מחקר זה מספק פרוטוקול חזק לבחינת איתות הורמונים של איי הלבלב.
- יש לכך השלכות משמעותיות להבנת ביולוגיה של איי הלבלב בסוכרת.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
The human pseudoislet system enables synchronous, quantitative assessment of intracellular signaling and hormone secretion in primary human islet cells, addressing a critical bottleneck in diabetes target validation. By allowing genetic manipulation and biosensor integration throughout the 3D islet structure, this platform enhances predictive confidence in mechanistic studies and supports risk-adjusted portfolio decisions in metabolic disease research. Its integration of live-cell imaging and microperifusion workflows positions it as a reusable capability for early discovery and translational research pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking intracellular signaling to hormone secretion in human islet cells.
- Facilitates biological de-risking through gene-silencing or biosensor-based pathway clarification in a physiologically relevant 3D context.
- Supports predictive confidence and functional target validation for diabetes and metabolic disease programs.
Screening & Assay Development
- Prepares validated pseudoislet systems for downstream compound screening and mechanistic assays.
- Standardizes assay conditions for reproducible, quantitative measurement of hormone secretion and biosensor dynamics.
- Enables scalable, multiplexed evaluation of candidate interventions in a human-relevant model.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro findings with disease-relevant human islet biology for translational biomarker development.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by enabling mechanistic de-risking in primary human tissue.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by integrating functional and signaling readouts.
Pipeline & Workflow Integration
This system bridges early discovery, target validation, and preclinical research by enabling hypothesis-driven interrogation of islet signaling and function in a single workflow.
- Discovery Biology: Supports mechanistic hypothesis testing and pathway clarification via synchronous biosensor and hormone readouts.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible pseudoislet models for quantitative evaluation of interventions.
- Analytics: Provides dynamic, quantitative measurements of cAMP signaling and hormone secretion for robust condition comparison.
- Translational Research: Connects in vitro mechanistic insights to human disease biology, supporting biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Offers a standardized, adaptable platform for repeated use across metabolic disease discovery programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in diabetes target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of islet functional assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by integrating functional and signaling data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of metabolic disease assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in human islet isolation, genetic manipulation, and live-cell imaging.
- Demands access to confocal microscopy, microperifusion systems, and quantitative hormone analytics.
- Necessitates cross-team standardization of pseudoislet preparation and assay protocols.
- Adaptation may be needed for different donor sources or disease models.
- Throughput and scalability are limited by primary tissue availability and technical complexity.
