יצירת פרופיל pH לומינלי באורגנואידים תלת מימדיים במערכת העיכול באמצעות מיקרואלקטרודות
5 ביולי 2024
הפרוטוקול הנוכחי מתאר מדידות pH באורגנואידים בקיבה שמקורם ברקמה אנושית באמצעות מיקרואלקטרודות לאפיון מרחבי-זמני של פיזיולוגיה תוך-לומינלית.
המטרה הכוללת של המחקר שלנו היא להבין כיצד תאי אפיתל קיבה, תאי מערכת החיסון, תאי סטרומה ותוצריהם, כגון ציטוקינים וריר, פועלים יחד כדי להגיב לזיהום בפתוגן הקיבה הליקובקטר פילורי. לשם כך, אנו מנסים לבנות מודלים מורכבים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית של רירית הקיבה האנושית. מחקרים קודמים עם אורגנואידים בקיבה הראו תוצאות סותרות לגבי יכולתם של מודלים אלה לשמור על תאים קודקודיים מפרישי חומצה.
באמצעות מיקרואלקטרודות pH, הראינו כי בהיעדר פרוטוקולי התמיינות או גירוי ספציפיים, אורגנואידי קיבה אנושיים שומרים על pH כמעט נייטרלי בלומן. יחסית לנגישות, לומן האורגנואיד הגביל זה מכבר את הבנתנו את המיקרו-סביבה שבתוכנו. אנו מדגימים את מדידות החומציות המוצלחות הראשונות של מיקרואלקטרודות לאפיון פונקציונלי של אורגנואידים.
השיטה מבוססת המיקרואלקטרודות שלנו יכולה לספק לחוקרים כלי אמין שניתן להתאים לצרכים הספציפיים שלהם. עד כה, מדידת pH בתוך אורגנואידים במערכת העיכול כללה שימוש בצבעים רגישים ל- pH המסתמכים על הדמיה מיקרוסקופית לצורך כימות. היתרון העיקרי בשימוש במיקרואלקטרודות הוא שהן מספקות קריאות pH מספריות מדויקות.
בנוסף, pH intraluminal ניתן להקליט בזמן אמת עם רזולוציה מרחבית מעולה. אנו עובדים לקראת מודל מתפקד במלואו של שכבת ריר הקיבה האנושית עם שיפוע ה- pH הפיזיולוגי, כך שנוכל לחקור את תפקידו של מחסום זה בזיהום הליקובקטר פילורי. המטרה הסופית היא לפתח טיפולים חדשים להגנה על חיידקים המחזקים את שכבת הריר ומונעים פלישת חיידקים.
סקירה כללית
פרוטוקול זה מתאר את השימוש במיקרו-אלקטרודות למדידות pH באורגנואידים של קיבה המופקים מרקמה אנושית, המאפשרות אפיון מרחבי-זמני של הפיזיולוגיה התוך-לומנלית. מטרת המחקר היא להגביר את ההבנה של תגובות אפיתל הקיבה לזיהום ב-Helicobacter pylori.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- גסטרואנטרולוגיה
- ביולוגיה של התא
רקע
- אורגנואידים של קיבה משמשים למדל את הרירית של קיבה אנושית.
- מחקרים קודמים הראו תוצאות סותרות בנוגע לתאי פריאט (parietal cells) המפרישים חומצה.
- הבנת המיקרו-סביבה בתוך אורגנואידים היא קריטית ללימוד הפיזיולוגיה של הקיבה.
- מיקרו-אלקטרודות מספקות שיטה חדשה למדידה מדויקת של pH.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה מהימנה למדידת pH תוך-לומנלי באורגנואידים של הקיבה.
- חקר תפקידה של שכבת הרירית של הקיבה בזיהום על ידי Helicobacter pylori.
- יצירת מודל שיכול להוביל לטיפולים ציטופרוטקטיביים חדשים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הכנה של אורגנואידים של קיבה אנושית.
- שימוש במיקרו-אלקטרודות למדידת pH בזמן אמת.
- כיול של מיקרו-אלקטרודות לקבלת קריאות מדויקות.
- תיעוד pH באזורים שונים של האורגנואידים.
תוצאות עיקריות
- אורגנואידים של קיבה אנושית שומרים על pH קרוב לניטרלי בהיעדר פרוטוקולים ספציפיים.
- מיקרו-אלקטרודות מאפשרות קריאות pH מדויקות ורזולוציה מרחבית.
- נצפתה שונות ב-pH הלומנלי על פני מספר אורגנואידים.
- ניתן להתאים את השיטה לצרכי מחקר שונים.
מסקנות
- השיטה המבוססת על מיקרו-אלקטרודות יעילה לחקר הפיזיולוגיה של אורגנואידים של קיבה.
- הבנת דינמיקת ה-pH יכולה לסייע בקביעת אסטרטגיות טיפול לזיהומים בקיבה.
- גישה זו מגבירה את הפוטנציאל לפיתוח התערבויות טיפוליות חדשות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למסגרת ניהולית
פרופיל כמותי של pH לומנלי באורגנואידים גסטרו-אינטסטינליים בתלת-ממד באמצעות מיקרו-אלקטרודות מאפשר אפיון פונקציונלי מדויק של מודלי רקמות הרלוונטיים למחלה. יכולת זו תומכת בביטחון חיזוי בשלבי הגילוי המוקדמים ותיקוף מטרות עבור ביולוגיה של רירית הקיבה, במיוחד במחקרי זיהום ותפקודי מחסום. מדידות תוך-לומנליות אמינות מקלות על רציפות תרגומית משלב הגילוי ועד לפיתוח מודלים פרה-קליניים בתיקי מו"פ של ביו-פארמה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של היפותזות הנוגעות לתפקוד האפיתל ומסכי ההגנה במערכות אורגנואידים רלוונטיות פיזיולוגית.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי אספקת מדדים כמותיים וישירים של שינויים במיקרו-סביבה הלומנלית.
- מסייע בתיקוף פונקציונלי של מטרות עבור נתיבים המעורבים בזיהום קיבתי ובהגנה רירית.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין מודלים מאוששים של אורגנואידים לסריקת תרכובות להמשך ולמחקרים מכניסטיים.
- מספק פלטי pH סטנדרטיים, הניתנים לשחזור וכמותיים עבור פיתוח בדיקות.
- מאפשר ניטור בזמן אמת ברזולוציה גבוהה של תנאי הלומן כדי לתמוך בהערכה מהימנה של תרכובות.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאים את פלטי מודל האורגנואיד עם פרמטרים פיזיולוגיים רלוונטיים למחלה לצורך פיתוח ביומרקרים תרגומיים.
- מספק רצף מגילוי in vitro לוולידציה פרה-קלינית של תפקודי מחסום הקיבה ומודלים של זיהום.
- תומך בהחלטות קידום מותאמות סיכון על ידי הבהרת הבסיס המכניסטי של התערבויות מועמדות.
אינטגרציה של תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
שיטה זו למיפוי pH המבוססת על מיקרואלקטרודות משתלבת ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני, ומגשרת בין בדיקת היפותזות מוקדמת לתיקוף מודלים תרגומיים.
- ביולוגיה של גילוי: מאפשרת בדיקת השערות והבהרה של מסלולים במערכות אורגנואידים מורכבות.
- סריקה: מספקת מדידות pH כמותיות וניתנות לשחזור לצורך מוכנות ותקינה של בדיקות.
- אנליטיקה: מספקת קריאות בזמן אמת ברזולוציה גבוהה להשוואת תנאי ניסוי ותוצרי מודל.
- מחקר תרגומי: מקשרת בין ממצאים in vitro למודלים פרה-קליניים על ידי התאמה למדרגי pH פיזיולוגיים ולתפקוד המחסום.
- שימוש חוזר ארגוני: מקימה פלטפורמה לשימוש חוזר עבור אפיון תפקודי במגוון מחקרים המבוססים על אורגנואידים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית במחקר של רירית הקיבה.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של מדידת pH לומנאלית באמצעות מכשור בר-שחזור וניתן להרחבה.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go ויעילות הון על ידי הבהרת פלטי המודל התפקודי.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף מותאם סיכונים של תוכניות גילוי ומחקרים פרה-קליניים המתמקדים במחסום הקיבה ובנתיבי זיהום.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בתרביות אורגנואידים ובתפעול מיקרו-אלקטרודות תחת בקרה של מיקרו-מניפולטור.
- נדרשת גישה למיקרו-אלקטרודות מכויילות, אלקטרודות ייחוס ותוכנה אנליטית תואמת.
- נדרש סטנדרטיזציה של פרוטוקולי המדידה בין צוותים שונים על מנת להבטיח הדירות (reproducibility).
- ייתכן שיידרש ביצוע התאמות עבור סוגי אורגנואידים שונים או סביבות לומנליות שונות.
- הרזולוציה המרחבית ומשך המדידה מוגבלים על ידי גודל האורגנואיד ויציבות האלקטרודה.
