ייצור גלוקוז בכבד, אורגנזה וליפוליזה מכומתים באמצעות מודל הכבד של עכבר מחורר
6 באוקטובר 2023
כאן, אנו מציגים שיטה חזקה עבור זילוח באתרו של כבד העכבר כדי ללמוד את הרגולציה החריפה והישירה של חילוף החומרים בכבד מבלי להפריע לארכיטקטורה הכבדית אלא בהיעדר גורמים מחוץ לכבד.
במעבדה שלנו אנו חוקרים כיצד הכבד מגיב למחלות כבד נפוצות ונדירות, וכיצד הסתגלות זו עשויה לגרום למצב טרום סוכרתי. הכבד מגיב לשינויים בזמינות החומרים המזינים ובריכוזי ההורמונים עם שעתוק מוגבר של גנים רלוונטיים, אך חשוב מכך, גם עם ויסות חריף ולא שעתוק. עם הכבד המחורר, אנו יכולים לכמת את כל ההיבטים של חילוף החומרים, כולל שחרור מטבוליטים ברזולוציה של דקה עד דקה.
היתרונות של טכניקה זו בהשוואה למודלים אחרים במבחנה הם שהכבד נשאר באתרו עם ארכיטקטורה כבדית שלמה. וכי הכבד הוא קיימא לפחות שלוש שעות, המאפשר לכל כבד עכבר להיות שליטה משלו. לבסוף, הגדלת הרלוונטיות התרגומית.
באמצעות מערכת הכבד המחוררת של העכבר, אנו מסוגלים לזהות ולאפיין מפל איתות חדש של ההורמון גלוקגון. זה עשוי להיות חשוב כמו גלוקגון, כמו גם הורמונים אחרים, עשוי לשחק תפקיד חיוני בתנאים dysmetabolic של הכבד בחולים עם מחלת כבד שומני וסוכרת.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג שיטה חסונה לביצוע פרפוזיה in situ של כבד עכבר, המאפשרת לחוקרים לבחון את ויסות חילוף החומרים בכבד מבלי לפגוע במבנה הרקמתי שלו. הטכניקה מאפשרת כימות של תהליכים מטבוליים ברזולוציה של דקות, ובכך מגבירה את הרלוונטיות התרגומית להבנת מחלות כבד.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי העצבים
- מטבוליזם
- פיזיולוגיה של הכבד
רקע
- הכבד ממלא תפקיד מכריע בבקרה מטבולית.
- הבנת תגובות הכבד לשינויים תזונתיים והורמונליים חיונית לטיפול במחלות כבד.
- בקרה חריפה ולא-טרנסקריפציונלית של חילוף החומרים היא בעלת חשיבות רבה לתפקוד הכבד.
- ייתכן שדגמים קיימים אינם משקפים במדויק תנאים in vivo.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה לבדיקת מטבוליזם של הכבד in situ.
- הערכת ההשפעות של הורמונים, כגון גלוקגון, על תפקודי הכבד.
- שיפור ההבנה של מצבים של הפרעה מטבולית (dysmetabolic conditions) במחלות כבד.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- פרפוזיה in situ של כבד עכבר.
- כימות של תהליכים מטבוליים ברזולוציה של דקה לדקה.
- אפיון של רשראשי אותות הקשורים לגלוקגון.
- השוואה של תגובות בתוך אותו כבד של עכבר לצורך בקרה משופרת.
תוצאות עיקריות
- שיטת הכבד המבושף שומרת על ארכיטקטורה הכבדית שלמה.
- חיוניות הכבד נשמרת למשך שלוש שעות לפחות.
- זוהו מסלולי איתות חדשניים הקשורים לגלוקגון.
- הטכניקה מאפשרת ניתוח מפורט של תגובות מטבוליות.
מסקנות
- שיטת הפרפוזיה in situ מהווה התקדמות משמעותית במחקר הכבד.
- היא מספקת תובנות לגבי הבקרה האקוטית של חילוף החומרים בכבד.
- גישה זו עשויה לשפר את ההבנה של מחלות כבד, כגון מחלת כבד שומני וסוכרת.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מודל כבד עכבר מבושם (perfused) מאפשר כימות ברזולוציה גבוהה של ייצור גלוקוז כבדי, Urea-genesis וליפיוליזה תחת תנאים מבוקרים, ובכך תומך בהפחתת סיכונים מכניסטיים במחקר של מחלות מטבוליות. באמצעות שימור הארכיטקטורה הכבדית השלמה ובידוד תגובות ספציפיות לכבד, מערכת זו מגבירה את הביטחון החזוי עבור תיקוף מטרות ופיתוח ביומרקרים תרגומיים. יכולתה לביצוע בקרות בתוך אותה דגימה ומדידות רזולוציוניות בזמן הופכת אותה לכלי קריטי בממשק שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני עבור תוכניות פורטפוליו מטבוליות ואנדוקריניות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה ישירה של מסלולים מטבוליים בכבד בתגובה להורמונים ולחומרים מזינים.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של מטרות המעורבות במטבוליזם של גלוקוז, Urea ושומנים.
- מסייע בהפחתת סיכונים מכניסטיים על ידי בידוד השפעות ספציפיות לכבד מהשפעות סיסטמיות.
- מספק נתונים כמותיים בעלות רזולוציה זמןית לצורך ביסוס מודלים חזויים ותיעדוף מטרות.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מספק תוצאות מבוקעות ורלוונטיות פיזיולוגית לסריקת תרכובות במטבוליזם כבדי.
- תומך בשחזוריות הבדיקה באמצעות בקרות פנימיות ושמירה על חיוניות הכבד למשך של עד שלוש שעות.
- מאפשר סטנדרטיזציה של מדידות פלט מטבולי לצורך השוואה בין מחקרים.
- מכין מערכות ביולוגיות חסונות להערכה פרמקולוגית בהמשך.
מחקר תרגומי ופקליני
- מתאימה פלטים מטבוליים עם נקודות סיום רלוונטיות למחלה עבור מודלים של מחלת כבד שומני וסוכרת.
- מגשרת בין ממצאי תגליות לוולידציה פרה-קלינית על ידי שמירה על ההקשר הפיזיולוגי.
- תומכת בהחלטות קידום מותאמות סיכון באמצעות התאמה כמותית של ביומרקרים.
- משפרת את הרציפות התרגומית (translational continuity) על ידי מידול של רגולציה אקוטית ובלתי-טרנסקריפציונית.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
מודל זה משתלב ברצף הגילוי, החל ממחקרים מכניסטיים מוקדמים, דרך זיהוי מולקולות מובילות (lead identification) ועד לתיקוף פרה-קליני עבור התשבחות מטבוליות ואנדוקריניות.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת בדיקת השערות לגבי בקרה מטבולית של הכבד ומיפוי מסלולים.
- סריקה: מספקת תוצאות כמותיות הניתנות לשחזור להערכת תרכובות והורמונים.
- אנליטיקה: תומכת במדידה דקה-אחר-דקה של שחרור גלוקוז, Urea וחומצות שומן לצורך ניתוח השוואתי.
- מחקר תרגומי: מקשר בין תגובות מטבוליות חריפות לפנוטיפים רלוונטיים למחלה ואסטרטגיות של סמנים ביולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה לשימוש חוזר למגוון מחקרי מטבוליזם ואיתות על פני תוכניות שונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות כבדיות.
- ערך תפעולי: מספק בדיקות מטבוליות סטנדרטיות, ניתנות לשחזור וניתנות להרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות המשך/עצירה (go/no-go) ויעילות הון על ידי אפשור הפחתת סיכונים ביולוגית חסונה.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכונים ובקידום נכסים למחלות מטבוליות.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטכניקות מיקרו-כירורגיות ובפיזיולוגיה של הכבד.
- נדרשים מכשור פרפוזיה ייעודי ופלטפורמות אנליטיות לקריאות מטבוליות.
- דורש סטנדרטיזציה קפדנית בין צוותים להשוואת נתונים וליכולת שחזור.
- ייתכן שיהיה צורך בהתאמה עבור זני עכברים שונים או מודלים של מחלה.
- חיוניות מוגבלת לשלוש שעות; יש לתכנן את התפוקה והיכולת להרחבה בהתאם.
