מערכת מודל מעי תלת-ממדית בסיסית (3D) עם מרכיב חיסוני
1 בספטמבר 2023
כאן אנו מתארים בניית מערכת מודל בסיסית תלת ממדית (3D) של קו תאי מעי ופרוטוקול הטמעת פרפין להערכה מיקרוסקופית קלה של מקבילות מעיים קבועות. צביעה של חלבונים נבחרים מאפשרת ניתוח של פרמטרים חזותיים מרובים מניסוי יחיד לשימוש פוטנציאלי במחקרי סינון תרופות פרה-קליניים.
היקף העבודה הוא להשתמש במודלים תלת-ממדיים אלה של קו תאים אנושיים במבחנה כדי לחקור את העובדה של תרכובות מועילות כמו גם מועילות על רקמת המעי. המודלים יכולים לשמש להעמקת ההבנה המחקרית וגם כמודל תרופתי בסיסי. באמצעות התרכובות הצמחיות, ספרמידין ואאוג'נול, בנפרד וביחד בצורת תוספים, אנו מודדים עליות מועילות באוטופגיה וירידה בדלקת באמצעות מודלים אלה.
אז נוכל גם להראות את ההשפעה המזיקה הפוטנציאלית של גלוטן המופק מזני חיטה מסוימים על רקמות המעי. אנו משתמשים כיום במערכת חוץ גופית במחיר כלכלי, סטנדרטית וניתנת לחזרה בקלות המשקפת טוב יותר את הפיזיולוגיה של המעי האנושי כחלופה למודלים של בעלי חיים. מאחר שאנו משתמשים גם בקו תאים אנושי מסחרי ולא בתאים שמקורם בצמח, התגובות מהמחקר ישימות יותר לאוכלוסייה הכללית.
הפרוטוקול מבוסס כולו על שימוש בקווים שונים. אלה הופכים את המודל לסטנדרטי ביותר וניתן לשחזור. יתר על כן, טיפוח בו זמנית של קווי תאים שונים, אנטרוציטים, פיברובלסטים ותאי מערכת החיסון, מאפשר תגובות תאיות קרובות יותר למה שקורה אצל המטופל.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג מערכת מודל תלת-ממדית (3D) של שורת תאי מעי לבחינת ההשפעות של תרכובות שונות על בריאות המעי. באמצעות מודל זה, הראו החוקרים כי תרכובות ממקור צמחי, כגון spermidine ו-eugenol, יכולות להעצים תהליכים תאיים מועילים, בעוד שגלוטן מזני חיטה ספציפיים עלול להזיק לרקמות המעי.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מחקר
- ביולוגיה של התא
- בריאות ופתולוגיה של המעי
- סריקת תרופות
רקע
- הצורך במערכות in vitro משופרות המשקפות את הפיזיולוגיה האנושית.
- אתגרים הקשורים למודלים מסורתיים של בעלי חיים.
- חשיבותם של מודלים סטנדרטיים וניתנים לשחזור.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- תרבית משותפת תלת-ממדית של תאי קו של אנטרוציטים, פיברובלסטים ותאי מערכת החיסון.
- הערכה של תגובות תאיות לטיפולים.
- הטמעה בפראפין לצורך ניתוח היסטולוגי.
תוצאות עיקריות
- עלייה באוטופגיה ובדלקת בעקבות חשיפה לתרכובות צמחיות.
- ירידה בעובי השכבה האפיתליאלית ושיבוש של השכבה התאית החד-שכבתית בעקבי תכולת גלוטן גבוהה.
- הפעלה ודיפרנציאציה של מונוציטים בעת חשיפה לגלוטן.
מסקנות
- המחקר מספק מודל in vitro מהימן לבחינת תגובות המעי לרכיבים תזונתיים.
- הממצאים רלוונטיים להבנת ההשפעות של התזונה על בריאות המעי האנושי.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מודלים של מעי בתלת-ממד הכוללים רכיבים חיסוניים נותנים מענה לצורך במערכות הניתנות לשחזור ובעלות רלוונטיות פיזיולוגית בשלבים מוקדמים של גילוי תרופות ובדיקות רעילות. מודל זה מאפשר הערכה כמותית של שלמות המחסום, הפעלה חיסונית ותגובות רקמה לתרכובות מועילות ומזיקות כאחד, ובכך תומך בביטחון חיזוי בהערכות פרה-קליניות. עיצובו הסטנדרטי מבוסס התאים מקדם רציפות תרגומית ומפחית את ההסתמכות על מודלים של בעלי חיים, בהתאמה לסדרי העדיפויות של מחקר ופיתוח בארגון.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות הקשורות לדלקת של המעי ולתפקוד מחסום המעי.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגית על ידי מידול אינטראקציות בין המערכת החיסונית לאפיטל במערכת מבוקרת.
- מסייע בתיקוף פונקציונלי של מטרות באמצעות מדדים כמותיים של שלמות האפיטל והפעלה חיסונית.
- מספק ביטחון חזוי למיון תרכובות בתיקי פיתוח בשלבים מוקדמים.
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay Development)
- מכין מערכות מעי תלת-ממדיות (3D) מותקפות עבור תהליכי סריקה של תרכובות בהמשך הדרך.
- מספק תוצאות סטנדרטיות, הניתנות לשחזור וכמותיות, כגון עובי השכבה החד-שכבתית (monolayer) וביטוי של חלבוני צומת מהודק (tight junction).
- מאפשר הערכה מהימנה הן של חומרים פרו-דלקתיים והן של חומרים אנטי-דלקתיים.
- תומך ביכולת הרחבה (scalability) ובשימוש חוזר בפלטפורמה עבור יוזמות של סריקה בשפיעות גבוהה (high-throughput screening).
מחקר תרגומי וטרום-קליני
- תואם למנגנונים רלוונטיים למחלה באמצעות מידול של תגובות מעיים המתווכות על ידי מערכת החיסון.
- מספק רצף משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני של שלמות המחסום ושל מודולציה חיסונית.
- מאפשר קבלת החלטות על קידום מבוססות התאמה לסיכון, בהתבסס על נקודות קצה כמותיות בעלות רלוונטיות תרגומית.
- תומך בהפחתת סיכונים מנגנונית עבור תרכובים המכוונים לדלקת במעיים או לשיבוש בתפקוד המחסום.
שילוב תהליכי עבודה (Pipeline) וזרימה
מערכת מודל מעי תלת-ממדית זו משתלבת ברצף שבין הגילוי לשלב הפרה-קליני, ותומכת הן בתיקוף מטרות והן בזיהוי מובילים עבור תרכובות המשפיעות על בריאות המעי.
- ביולוגיה של גילוי: מסייע בבדיקת היפותזות על אינטראקציות אימונו-אפיתליאליות ופריצה של מחסומים ביולוגיים.
- סריקה: מספק מערכות הניתנות לשחזור ומוכנות לבדיקה, עם תוצאות היסטולוגיות ואימונולוגיות כמותיות.
- אנליטיקה: מאפשר מדידה של עובי השכבה החד-שכבתית (monolayer), רמות של חלבוני צומת מהודק (tight junction) והפעלה של תאי מערכת החיסון לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר תרגומי: מדמה תגובות הרלוונטיות למחלה, ובכך תומך בהלימה של סממנים ביולוגיים וברציפות של שלבים פרה-קליניים.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פלטפורמה סטנדרטית וניתנת לשימוש חוזר להערכה של תרכובות שונות ומחקרים מכניסטיים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון בחיזוי ומפחית עמימות מכניסטית במודלים של מחלות מעיים.
- ערך תפעולי: מספק זרימות עבודה סטנדרטיות, ניתנות לשחזור וניתנות להרחבה עבור צוותים רב-תחומיים.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך התקדמות (go/no-go) ואת יעילות ההון על ידי אספקת נתונים פרה-קליניים חזקים.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעודף מותאם סיכונים וקידום של מועמדים המתמקדים בבריאות המעיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בתרביות תאים תלת-ממדיות, אימונוהיסטוכימיה ואנליזה כמותית של תמונות.
- נדרשת גישה למתקני תרביות תאים, ציוד היסטולוגי ותשתית אנליטית לכימות ציטוקינים וחלבונים.
- נדרש תקינה אחידה של פרוטוקולים בין צוותים לצורך הדירות והשוואתיות של הנתונים.
- ניתן להתאמה למגוון מחלקות של תרכובות, אך עשוי לדרוש אופטימיזציה עבור מודלים של מחלות או נקודות סיום ספציפיות.
- המגבלות כוללות את מורכבות המודל והבדלים פוטנציאליים מתגובות של רקמות אנושיות in vivo.
שאלות נפוצות בביו-פארמה
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:32
Preparation of the Basic 3D Reconstructed Intestinal Mucosa Model for Microscopic Evaluation of Fixed Intestinal Equivalents
5:07
Paraffin Embedding of Basic 3D Reconstructed Intestinal Mucosa Model for Immune‐Histochemical Staining
