Sistema di pseudoisole umane per la valutazione sincrona della dinamica dei biosensori fluorescenti e dei profili secretori ormonali
3 novembre 2023
Questo protocollo descrive un metodo per l'acquisizione sincrona e la co-registrazione di eventi di segnalazione intracellulare e la secrezione di insulina e glucagone da parte di pseudoisole umane primarie utilizzando la somministrazione adenovirale di un biosensore ciclico di adenosina monofosfato (cAMP), un rivelatore di differenza di cAMP in situ (cADDis) e un sistema di microperifusione.
Il nostro laboratorio sta lavorando per comprendere, prevenire e invertire la disfunzione delle cellule beta e altre anomalie palpebrali nel diabete di tipo uno e di tipo due. I nostri studi si concentrano sulla patogenesi del diabete umano integrando studi sulla biologia del pancreas e delle palpebre umane e sulla salute e malattia. Gli occhielli umani sono strutture sferiche 3D e l'accesso alle cellule attraverso l'intero occhiello presenta alcune sfide sperimentali.
Ad esempio, quando si cerca di introdurre biosensori per comprendere la segnalazione delle cellule oculari, il nostro protocollo per le pseudo palpebre supera questa sfida eseguendo manipolazioni genetiche nello stato di singola cellula e aggregando queste cellule oculari umane trasdotte in pseudo palpebre per gli studi a valle. Il nostro sistema di pseudo palpebre ci consente di esprimere i biosensori in tutto l'occhiello, piuttosto che solo sulla superficie palpebrale. In combinazione con il nostro sistema di imaging di cellule vive e microperfusione, siamo in grado di misurare e co-registrare i processi intracellulari dinamici con la secrezione ormonale a valle.
Questo protocollo potrebbe essere applicato per rispondere a una serie di importanti domande scientifiche. Ad esempio, le strategie di silenziamento genico potrebbero essere combinate con questo approccio per comprendere l'impatto di un gene di interesse sulla funzione palpebrale e sulle vie di segnalazione associate, sia a livello globale che in modo autospecifico.
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Panoramica
Questo studio affronta la disfunzione delle cellule beta e le anomalie delle isole nel diabete, utilizzando un sistema modello di pseudoisole per l'acquisizione sincrona del segnale cellulare e della secrezione ormonale. Il metodo impiega la consegna adenovirale di un biosensore di cAMP e un sistema di microperifusione per consentire l'analisi dinamica delle risposte di insulina e glucagone.
Componenti chiave dello studio
Area di ricerca
- Diabete di tipo 1 e di tipo 2
- Biologia delle isole umane
- Dinamiche di segnalazione cellulare
Contesto
- Le isole umane sono strutture sferiche che presentano sfide sperimentali.
- Il protocollo delle pseudoisole risolve queste sfide per un'introduzione efficace del biosensore.
- Comprendere la segnalazione delle isole è fondamentale per la ricerca sul diabete.
Metodi utilizzati
- Consegna adenovirale per l'espressione del biosensore
- Modello di pseudoisole umane primario
- Sistema di microperifusione per la misurazione della secrezione ormonale
Principali risultati
- Co-registrazione di successo della segnalazione intracellulare e del rilascio ormonale.
- Ha consentito l'analisi degli effetti del silenziamento genico sulla funzione delle isole.
- Monitoraggio dinamico delle risposte di secrezione in tempo reale.
Conclusioni
- Questo studio fornisce un protocollo robusto per esaminare la segnalazione ormonale delle isole.
- Ha significative implicazioni per la comprensione della biologia delle isole nel diabete.
Domande frequenti
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.
