Modello immunocompetente di alveoli su chip per lo studio delle risposte immunitarie della mucosa alveolare
31 maggio 2024
I modelli Lung-on-chip superano le tradizionali colture 2D imitando l'interfaccia aria-liquido e la perfusione delle cellule endoteliali, simulando il flusso sanguigno e lo scambio di nutrienti cruciali per gli studi di fisiologia polmonare. Ciò migliora la rilevanza della ricerca polmonare, offrendo un ambiente dinamico e fisiologicamente accurato per far progredire la comprensione e il trattamento delle infezioni respiratorie.
Sviluppiamo modelli in vitro fisiologicamente rilevanti per rispondere a domande meccanicistiche nelle infezioni umane. La nostra attenzione è rivolta alla risposta immunitaria dell'ospite. Quando utilizziamo questo modello per sezionare la complessa interazione del patogeno con l'ospite per identificare bersagli molecolari e cellulari per le opzioni terapeutiche nelle infezioni umane.
Lavorando su un modello di chip come il modello lung-on-chip, bilanciato da complessità logica con specifiche esigenze di ricerca, offrendo approfondimenti sulla regolazione della risposta uomo-ospite. Questo sistema imita la composizione cellulare in vivo e la struttura 3D, fornendo condizioni più definite e un'elevata produttività rispetto agli esperimenti sugli animali. Nella tecnologia lung-on-chip, una delle sfide principali è la selezione dei giusti tipi di cellule che imitano la complessa funzionalità del polmone per i risultati degli studi sulle infezioni.
Inoltre, è fondamentale estendere l'orizzonte temporale dell'esperimento oltre i tradizionali modelli in vitro. L'esperimento è anche l'esperimento è la capacità economica di mantenere la vitalità cellulare con un flusso continuo di nutrienti per un'osservazione più lunga. Abbiamo sviluppato il modello di base microfluidico dell'alveolo umano come strumento efficace per imitare l'ambiente alveolare umano.
È stato ottenuto applicando la perfusione per imitare il flusso sanguigno e anche mediante una stimolazione meccanica alle cellule endoteliali. E anche l'integrazione dell'interfaccia aria-liquido per le cellule epiteliali esponendole all'aria. Il passo successivo è quello di estendere questo modello a una piattaforma più avanzata, come il modello basato su cellule staminali pluripotenti indotte.
In questo modo, miriamo ad avvicinare la medicina personalizzata all'applicazione, in particolare nel contesto dei test antivirali sui farmaci, e come strumento per la ricerca biomedica e lo sviluppo farmaceutico.
Panoramica
Questo studio presenta lo sviluppo di modelli di polmone-su-cip che replicano l'interfaccia aria-liquido e la perfusione delle cellule endoteliali, migliorando la comprensione delle infezioni respiratorie. Questi modelli forniscono un ambiente dinamico e fisiologicamente accurato per la ricerca polmonare.
Componenti Chiave dello Studio
Settore Scientifico
- Neuroscienze
- Biologia
- Modelli in vitro
Sfondo
- Le colture tradizionali in 2D mancano di rilevanza fisiologica.
- La tecnologia "organo-sul-chip" riproduce le condizioni in vivo.
- Comprendere le interazioni tra ospite e patogeno è fondamentale per lo sviluppo di terapie.
- Le sfide includono la selezione di tipi cellulari appropriati per la funzionalità.
Scopo dello studio
- Sviluppare modelli in vitro che riflettano con precisione le infezioni umane.
- Analizzare le interazioni tra patogeni e ospite umano.
- Identificare bersagli molecolari e cellulari per le terapie.
Metodi Utilizzati
- Tecnologia organo-su-un-chip
- Selezione di tipi cellulari rilevanti
- Sperimentazione ad alto rendimento
- Tempi sperimentali prolungati
Risultati principali
- I modelli di polmone su chip forniscono informazioni sulla regolazione della risposta dell'ospite umano.
- Questi modelli bilanciano la complessità biologica con esigenze di ricerca specifiche.
- Offrono condizioni più definite rispetto ai modelli in vitro tradizionali.
- Periodi di tempo prolungati permettono una migliore simulazione degli studi sull'infezione.
Conclusioni
- I modelli di polmone-su-un-cipico aumentano la rilevanza della ricerca polmonare.
- Facilitano una migliore comprensione delle infezioni respiratorie.
- Questi modelli sono fondamentali per lo sviluppo di opzioni terapeutiche.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Il modello di alveolo-organosulchip immunocompetente fornisce una piattaforma fisiologicamente rilevante, derivata da tessuto umano, per lo studio delle risposte immunitarie mucosali polmonari all'infezione. Integrando i principali tipi cellulari alveolari e simulando condizioni biomeccaniche e di perfusione, questo sistema aumenta l'affidabilità predittiva nella validazione precoce dei bersagli e nella riduzione dei rischi meccanicistici nella scoperta di farmaci per le malattie respiratorie. La sua compatibilità con saggi immunitari standardizzati lo rende un'asset riutilizzabile per la ricerca su infezioni e immunità a livello di portafoglio.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette l'analisi meccanicistica delle interazioni ospite-patogeno in un contesto alveolare rilevante per l'uomo.
- Supporta la validazione funzionale delle proteine bersaglio riproducendo la comunicazione crociata tra cellule immunitarie, epiteliali ed endoteliali.
- Facilita la riduzione del rischio biologico modellando le risposte tissutali complesse all'infezione.
- Migliora l'affidabilità predittiva per i test di ipotesi terapeutiche nelle indicazioni respiratorie.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Fornisce una piattaforma standardizzata e riproducibile per saggi quantitativi di immunità e infezione.
- Supporta l'immunofluorescenza, il profilo delle citochine e l'analisi di UFC/placche per letture affidabili.
- Permette la preparazione scalabile di modelli di tessuto alveolare validati per la valutazione di composti.
- Migliora la prontezza del saggio per lo screening di agenti anti-infettivi o immunomodulatori.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Si allinea alla biologia polmonare umana rilevante per la malattia, favorendo l'esplorazione di biomarcatori traslazionali.
- Colma il divario tra scoperta e validazione preclinica modellando le risposte immunitarie umane ai patogeni.
- Supporta decisioni di avanzamento proporzionate al rischio per programmi contro le infezioni respiratorie.
- Fornisce una riduzione del rischio di natura meccanicistica nella selezione dei candidati all'interno di percorsi preclinici.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo modello si integra nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica, consentendo la verifica delle ipotesi, la validazione degli bersagli e la ricerca traslazionale per i portafogli di infezioni respiratorie.
- Biologia della scoperta: Analizza i bersagli molecolari e cellulari modellando le risposte immunitarie alveolari umane.
- Screening: Fornisce output riproducibili e quantitativi per saggi immunitari e infettivi.
- Analisi: Supporta l'analisi comparativa dell'attivazione immunitaria, dell'integrità della barriera e del carico patogeno.
- Ricerca traslazionale: Offre continuità per studi su biomarcatori e meccanismi in sistemi pertinenti all'uomo.
- Riutilizzo aziendale: Funziona come piattaforma riutilizzabile per diverse iniziative di ricerca su infezione e immunità.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione delle target.
- Valore operativo: Standardizza i saggi di infezione e risposta immunitaria per garantire riproducibilità e scalabilità.
- Valore strategico: Permette decisioni informate di avanzamento o interruzione e una gestione efficiente del portafoglio in termini di capitale.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione e lo sviluppo degli asset per le infezioni respiratorie con adeguamento del rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specialistiche nell'ingegneria tissutale, nella microfluidica e nei saggi immunologici.
- Richiede l'accesso a strumentazioni specializzate per la perfusione del chip e la stimolazione biomeccanica.
- Necessita di una standardizzazione congiunta tra i gruppi di lavoro per l'approvvigionamento cellulare e i protocolli dei saggi.
- L'adattamento ad altri tipi cellulari polmonari o modelli di malattia potrebbe richiedere un'ottimizzazione del protocollo.
- I limiti pratici includono vincoli di produttività e la necessità di un'infrastruttura analitica solida.
Domande frequenti sul biopharma
Chapters in this video
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Introduction
2:08
Preparation and Maintenance of Human Umbilical Vein Endothelial Cells in Biochips for Establishing an Air‐Liquid Interface
5:42
Advanced Biochip Perfusion and Air‐Liquid Interface Establishment of Human Umbilical Vein Endothelial Cells for Tissue Culture Analysis
