Semplice creazione di una nicchia vascolarizzata del midollo osseo osteogenico utilizzando idrogel prefabbricati di poli(glicole etilenico) (PEG) in una micropiastra di imaging
19 maggio 2023
Un modello in vitro della nicchia vascolare del midollo osseo viene stabilito seminando cellule mesenchimali ed endoteliali su idrogel PEG 3D prefabbricati. Le reti endoteliali, i componenti della ECM e l'attività ALP delle nicchie variano a seconda del fattore di crescita utilizzato. La piattaforma può essere utilizzata per modelli avanzati di cancro.
La maggior parte degli studi di vascolarizzazione in vitro utilizza matrici di derivazione naturale. Sebbene tipicamente molto conduttivi ai processi biologici, la loro attività biologica intrinseca complica lo studio delle influenze dei singoli parametri. Qui, possiamo aggiungere selettivamente i nostri giocatori di interesse e valutare come cambia il sistema.
La semina sequenziale delle cellule sui nostri idrogel sintetici in ardesia bianca consente la formazione di nicchie molto definite. Qui, gli hBMMS colonizzano gli idrogel e depositano la loro matrice extracellulare intrinseca. Questo fornisce il substrato per le cellule endoteliali successivamente seminate.
Questa caratteristica non si trova comunemente in altri modelli 3D in vitro. La possibilità di aggiungere diversi tipi di cellule sequenzialmente consente la creazione di modelli in vitro compatibili ad alta produttività con grande complessità. Questi modelli possono essere adattati per generare nicchie vascolarizzate osteogeniche più specifiche e per studiare le funzioni degli attori cellulari e molecolari.
Panoramica
Questo studio stabilisce un modello in vitro della nicchia vascolare del midollo osseo utilizzando idrogeli PEG tridimensionali. Il modello consente l'inoculo sequenziale di cellule mesenchimali e cellule endoteliali, permettendo l'analisi delle interazioni cellulari e degli effetti dei fattori di crescita sullo sviluppo della nicchia.
Componenti Chiave dello Studio
Settore Scientifico
- Neuroscienze
- Biologia cellulare
- Ingegneria tissutale
Sfondo
- I modelli tradizionali in vitro spesso utilizzano matrici di origine naturale, complicando lo studio di parametri specifici.
- I gel idrici sintetici forniscono un ambiente controllato per la semina cellulare.
- L'aggiunta sequenziale di cellule permette la creazione di modelli complessi compatibili con analisi ad alto rendimento.
- Questi modelli possono essere personalizzati per studiare nicchie vascolarizzate osteogeniche.
Scopo dello studio
- Sviluppare un modello sintetico in vitro per lo studio delle nicchie vascolari del midollo osseo.
- Valutare l'impatto di diversi fattori di crescita sulla formazione della rete endoteliale.
- Permettere esperimenti ad alto rendimento con interazioni cellulari definite.
Metodi Utilizzati
- Seeding di hBM-MSCs e GFP-HUVECs su idrogeli in PEG.
- Monitoraggio dello sviluppo della coltura cellulare mediante microscopia a campo chiaro e microscopia a fluorescenza.
- Quantificazione dei parametri della rete endoteliale mediante analisi con ImageJ.
- Valutazione degli effetti dei fattori di crescita sul comportamento cellulare e sulla formazione della rete.
Risultati principali
- Le reti endoteliali si sono formate in misura maggiore in presenza di FGF-2 rispetto al BMP-2.
- È stata osservata una maggiore interconnessione in presenza di fattori di crescita rispetto all'assenza.
- L'analisi quantitativa ha mostrato differenze significative nella lunghezza delle reti e nei giunzioni in base alla presenza di fattori di crescita.
- Il modello ha dimostrato con successo la capacità di creare nicchie vascolari definite.
Conclusioni
- Il modello sviluppato è uno strumento prezioso per lo studio delle nicchie vascolari del midollo osseo.
- Il seeding sequenziale delle cellule aumenta la complessità degli studi in vitro.
- I fattori di crescita influenzano in modo significativo lo sviluppo della rete endoteliale.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
La creazione di un nicchio midollare osteogenico vascolarizzato in un formato ad alto rendimento e compatibile con l'analisi mediante imaging risponde a una lacuna critica nella scoperta preclinica di farmaci. Questa piattaforma idrogel 3D a base di PEG consente un'analisi controllata delle interazioni cellulari e molecolari rilevanti per la biologia ossea e del midollo, sostenendo una previsione affidabile nei percorsi di oncologia e delle malattie ossee nelle fasi iniziali. La sua riproducibilità e quantificabilità facilitano una valida conferma degli obiettivi terapeutici e una riduzione dei rischi meccanicistici per il progresso del portafoglio.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Consente una manipolazione precisa dei componenti cellulari e della matrice per la validazione mirata delle ipotesi.
- Permette una riduzione del rischio meccanicistica isolando gli effetti dei fattori di crescita e dei tipi cellulari sulla formazione della nicchia vascolare.
- Facilita la valutazione funzionale delle vie osteogeniche e angiogeniche in un contesto tridimensionale rilevante per la patologia.
Sviluppo di screening e saggi
- Fornisce un sistema di co-coltura 3D standardizzato e riproducibile, compatibile con l'analisi mediante imaging ad alto contenuto e con la quantificazione.
- Consente misurazioni quantitative e robuste dei parametri della rete vascolare e dei marcatori di differenziamento osteogenico.
- Permette flussi di lavoro scalabili e pronti per l'automazione, adatti allo screening di composti e a saggi fenotipici.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Modella il microambiente del midollo osseo umano per studi traslazionali sulle interazioni delle cellule tumorali e sulla metastasi.
- Si allinea agli approcci guidati da biomarcatori quantificando l'attività della fosfatasi alcalina e le metriche della rete vascolare.
- Permette una continuità dalla scoperta alla validazione preclinica collegando modelli in vitro bidimensionali e modelli in vivo.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questa piattaforma si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica permettendo la verifica delle ipotesi, lo screening quantitativo e la modellizzazione traslazionale all'interno di un singolo sistema riutilizzabile.
- Biologia della scoperta: Permette l'isolamento e il test di specifici fattori di crescita o tipi cellulari per chiarire i ruoli delle vie di segnalazione.
- Screening: Fornisce letture quantitative e riproducibili per endpoint vascolari e osteogenici, adatte ad analisi ad alto rendimento.
- Analisi: Supporta l'analisi automatizzata delle immagini e la normalizzazione per confronti robusti tra diverse condizioni.
- Ricerca traslazionale: Offre un modello rilevante per l'uomo per lo studio delle interazioni tra cancro e nicchia del midollo osseo.
- Riutilizzo aziendale: Offre una piattaforma modulare e adattabile per diversi programmi di ricerca e sviluppo mirati all'osso, al midollo o alle malattie metastatiche.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità biologica nella validazione di bersagli e percorsi.
- Valore operativo: Migliora la standardizzazione, la riproducibilità e la scalabilità per team multi-sede e interfunzionali.
- Valore strategico: Migliora la qualità delle decisioni di avanzamento o interruzione e l'efficienza del capitale fornendo dati robusti e quantificabili precocemente nel processo.
- Impatto sul portafoglio: Permette la priorizzazione e l'avanzamento di candidati con basi meccanicistiche validate, corretti per il rischio.
Considerazioni per l'Implementazione
- Richiede competenze nella coltura cellulare 3D, nell'imaging e nell'analisi quantitativa delle immagini.
- Necessita dell'accesso a microscopia a fluorescenza, lettori di piastre e software analitici compatibili (ad esempio, ImageJ).
- Richiede una standardizzazione condivisa tra i gruppi di lavoro per l'approvvigionamento cellulare, la preparazione della matrice e i protocolli di quantificazione.
- È adattabile a diversi tipi cellulari e condizioni di fattori di crescita per la modellizzazione specifica per malattia.
- I limiti includono la necessità di una rigorosa normalizzazione e validazione degli algoritmi di quantificazione tra diverse serie sperimentali.
Domande frequenti sulla biofarmaceutica
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:04
Establishing the 3D Stromal Monoculture
2:44
Establishing the 3D Stromal‐Endothelial Cell Co‐Culture
4:25
Quantifying the Endothelial Cell Network Formation after the 3D Stromal‐Endothelial Cell Co‐Culture
6:53
Assessing the Osteogenic Differentiation of 3D Stromal‐Endothelial Cells by Monitoring the Alkaline Phosphatase Activity
