חיקוי קרום מרתף ננופיברילרי עשוי ממשי עכביש פונקציונלי רקומביננטי בתוספות תרבית רקמה בהתאמה אישית
1 בנובמבר 2024
תוספות תרבית רקמה עם ממברנות פלסטיק הן תקן הזהב במעבדות תרביות תאים כתומכות חדירות לביסוס שכבות תאים ומודלים של רקמות מחסום. במאמר זה אנו מציגים שיטה פשוטה להחלפת קרום הפלסטיק בקרום רלוונטי יותר מבחינה ביולוגית העשוי מחלבון משי עכביש רקומביננטי מתפקד.
המחקר שלנו מתמקד בשימוש בחלבוני משי עכביש פונקציונליים המיוצרים באופן רקומביננטי כדי ליצור מודלים של מטריצה חוץ-תאית כדי ליצור יותר תנאים דמויי vivo עבור התאים. אנו מקווים שעל ידי יצירת מצב מציאותי יותר עבור התאים שאנו מגדלים, הם יגדלו למבנה דמוי רקמה בדיוק כפי שהיו גדלים בתוך הגוף, וכתוצאה מכך מודלים מציאותיים יותר. אז היתרון העיקרי בשימוש בממברנות משי FN שלנו במקום קרומי הפלסטיק PET הזמינים מסחרית הוא שהמשתמש מקבל קרום שלמעשה דומה לקרום המרתף המקומי מבחינת מבנה, עובי, הרכב ביולוגי וגמישות.
על ידי שימוש בקרום שמתקרב יותר לחיקוי קרום המרתף הטבעי, אנו יכולים ליצור מודלים מציאותיים יותר של רקמות במבחנה. זה יכול להאיץ גילוי תרופות ולהפחית עוד יותר את הצורך בניסויים בבעלי חיים. אנו נמשיך לחקור כיצד קרום משי FN יכול לשפר עוד יותר מודלים סטטיים של רקמות במבחנה, וכן נשלב את הממברנה בשבבים מיקרופלואידים על מנת לחשוף את התאים לזרימה.
בדרך זו אנו יכולים להמשיך ולערב מודלים במבחנה לקראת תנאים דמויי חיים יותר.
סקירה כללית
מחקר זה מציג שיטה חדשנית ליצירת מודלים של מטריצה חוץ-תאית באמצעות חלבוני משי עכביש פונקציונליים המשמשים כממברנות. ממברנות אלו מהוות חלופה רלוונטית יותר מבחינה ביולוגית לממברנות פלסטיק מסורתיות, ובכך משפרות מודלים של רקמות in vitro.
מרכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- תרבית תאים
- הנדסת רקמות
- ביומטריאלים
רקע
- קרומי פלסטיק מסורתיים נמצאים בשימוש נפוץ בתרביות תאים.
- חלבוני משי עכביש פונקציונליים יכולים לחקות קרומי בסיס טבעיים.
- מודלים משופרים in vitro יכולים לשפר את גילוי התרופות ולהפחית ניסויים בבעלי חיים.
- יצירת תנאים ריאליסטיים לצמיחת תאים חיונית למידול מדויק.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה לשימוש בממברנות FN-silk בתרביות תאים.
- ביסוס מודלים של רקמות in vitro הרלוונטיים יותר מבחינה פיזיולוגית.
- בחינת הפוטנציאל של ממברנות FN-silk ביישומים מיקרופלואידיים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הכנת ממברנות FN-silk בסביבה סטרילית.
- זריעת קרטינוציטים אנושיים על הממברנות.
- אינקובציה של התרביות להערכת חיוניות התאים ומורפולוגייתם.
- הערכת התפקוד האפיתלי ויצירת צומתים מהודקים (tight junctions).
תוצאות עיקריות
- הקרטינוציטים הפגינו מורפולוגיה של cobblestone ויצרו שכבה קונפלואנטית עד היום השלישי.
- נצפתה חיוניות תאית גבוהה על פני ממברנות FN-silk.
- לא נמצא הבדל מובהק בחיוניות בין מרכז הממברנות להיקפיהן.
- ממברנות FN-silk תמכו בתפקודי קרטינוציטים באופן דומה או טוב יותר מממברנות PET מסחריות.
מסקנות
- ממברנות FN-silk מהוות חלופה מבטיחה לממברנות פלסטיק בתרביות תאים.
- ממברנות אלו משפרות את הרלוונטיות הפיזיולוגית של מודלים in vitro.
- מחקרים עתידיים עשויים להרחיב את יישומן בתחומי גילוי התרופות והנדסת רקמות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למסמך ניהולי
שחזור של מחסומי רקמה בעלי רלוונטיות פיזיולוגית במערכות in vitro הוא חיוני לגילוי תרופות בעל כושר ניבוי ולמחקר תרגומי. השימוש בממברנות משי עכביש רקומביננטיות בתוך השתמרים של תרביות רקמה משפר את הנאמנות הביולוגית של מודלים מבוססי תאים, ובכך משפיע ישירות על סינון בשלבים מוקדמים והפחתת סיכונים מכניסטיים. חדשנות זו תומכת בהערכה מדויקת יותר של מועמדים טיפוליים ומפחיתה את ההסתמכות על מודלים של בעלי חיים.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בנייה של מודלי רקמה המדמים באופן הדוק את ארכיטקטורת קרום הבסיס הטבעי.
- משפר את הפחתת הסיכונים הביולוגיים על ידי תמיכה בצמיחה ובתפקוד של תאים דמויי רקמה.
- מאפשר ביטחון ניבוי גבוה יותר במחקרי תיקוף מטרות.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- מספק תשתית רלוונטית ביולוגית עבור בדיקות סטנדרטיות של תרביות תאים.
- משפר את השחזוריות ואת ההערכה הכמותית של חיוניות התאים והמורפולוגיה שלהם.
- תומך בהערכה אמינה של תרכובות על ידי שמירה על תפקודים אפיתליאליים פיזיולוגיים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מקריב מודלים in vitro באופן הדוק יותר למחסומי רקמות in vivo לצורך רציפות תרגומית.
- מפחית את הצורך בניסויים בבעלי חיים על ידי שיפור יכולת הניבוי של המודל.
- מאפשר שילוב במערכות מתקדמות כגון שבבים מיקרופלואידיים למחקרים דינמיים.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
טכנולוגיית ממברנה זו מתאימה החל משלב הגילוי המוקדם ועד לפיתוח מודלים פרה-קליניים, והיא תומכת הן בבדיקת היפותזות והן בתהליכי סינון (screening) במורד הזרם.
- ביולוגיית גילוי: מקדמת בדיקת היפותזות על ידי אספקת מטריצה חוץ-תאית דמוית טבעית למחקרי התנהגות תאים.
- סריקה (Screening): מספקת פלטפורמות הניתנות לשחזור ומוכנות לבדיקה עבור תוצאות כמותיות מבוססות תאים.
- אנליטיקה: מאפשרת מדידה חסונה של חיוניות תאים, מורפולוגיה ותפקוד אפיתליאלי תחת תנאים שונים.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין רלוונטיות in vitro ל-in vivo, ותומכת בתיאום סממנים ביולוגיים (biomarkers) ובקבלת החלטות מותאמות סיכון.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה ניתנת לשימוש חוזר ולהתאמה אישית, הניתנת להטמעה במודלים של רקמות ובזרימות עבודה שונות.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית במחקרי מודלים של רקמות.
- ערך תפעולי: מייצב את תנאי תרביות התאים ומשפר את השחזוריות בין ניסויים שונים.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות משופרת לגבי המשך או הפסקה של תהליכים (go/no-go) ומפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בתיעוד עדיפויות מותאם סיכון ובקידום מועמדים טיפוליים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בטכניקות סטריליות וטיפול בתרביות תאים.
- נחושה גישה להפקה של חלבונים רקומביננטיים והדפסה בתלת-ממד או תמיכות מסחריות.
- דורש סטנדרטיזציה בין צוותים להכנה ושימוש עקביים בממברנות.
- ניתן להתאמה לסוגי תאים ומודלי רקמות שונים באמצעות אופטימיזציה של הפרוטוקול.
- תלוי בשלמות הממברנה וביכולת השחזור לקבלת תוצאות מהימנות.
