Modello immunocompetente Intestino-on-Chip per l'analisi delle risposte immunitarie della mucosa intestinale
24 maggio 2024
Il nostro protocollo dettagliato delinea la creazione e l'uso del modello avanzato di intestino su chip, che simula la mucosa intestinale umana con strutture 3D e vari tipi di cellule, consentendo un'analisi approfondita delle risposte immunitarie e delle funzioni cellulari in risposta alla colonizzazione microbica.
La nostra ricerca si concentra sullo sviluppo e l'uso di piattaforme organo-on-chip immunocompetenti. Creando questi modelli in vitro umanizzati fisiologicamente rilevanti, siamo in grado di studiare la complessa interazione ospite-patogeno. Le conoscenze che creiamo possono essere utilizzate per manipolare e identificare bersagli molecolari per la terapia delle malattie infettive.
Una sfida chiave è mantenere un microbiota vivente in condizioni omeostatiche insieme al tessuto ospite in vitro. Ciò include la replica della topografia 3D organotipica delle strutture delle cripte e dei villi e la loro colonizzazione microbica. Le piattaforme Intestine-on-Chip affrontano questo problema utilizzando il flusso per modellare le strutture organotipiche e prevenire la proliferazione batterica.
Ciò garantisce condizioni di coltura stabili. Rispetto ad altre piattaforme intestine-on-chip disponibili, il nostro modello consente lo studio dettagliato della risposta immunitaria umana ai patogeni grazie all'inclusione di cellule immunitarie residenti nel tessuto primario. Inoltre, le dimensioni del modello consentono più letture in un singolo esperimento, riducendo il costo complessivo e il numero di esperimenti.
Il nostro laboratorio si sta concentrando sull'utilizzo di cellule staminali pluripotenti indotte per sviluppare sistemi autologhi che consentano la medicina personalizzata.
Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo dettagliato per lo sviluppo di un modello avanzato di intestino-sul-chip che simula la mucosa intestinale umana. Il modello incorpora strutture tridimensionali e diversi tipi cellulari, facilitando l'analisi delle risposte immunitarie e delle funzioni cellulari in relazione alla colonizzazione microbica.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Biologia
- Microbiologia
Sfondo
- Sviluppo di piattaforme organo-su-cip con sistema immunitario funzionante.
- Importanza dello studio delle interazioni ospite-patogeno.
- Sfide nel mantenere microbiota vivente in vitro.
- Necessità di riprodurre strutture tridimensionali di tipo organotipico.
Scopo dello studio
- Creare modelli umanizzati in vitro fisiologicamente rilevanti.
- Analizzare le risposte immunitarie alla colonizzazione microbica.
- Identificare bersagli molecolari per la terapia delle malattie infettive.
Metodi Utilizzati
- Creazione di piattaforme di tipo intestino-sul-chip.
- Utilizzo del flusso per modellare strutture organotipiche.
- Mantenimento di condizioni omeostatiche per la microflora.
- Analisi approfondita delle funzioni cellulari.
Risultati principali
- Simulazione riuscita della mucosa intestinale umana.
- Migliore comprensione delle risposte immunitarie.
- Conoscenze approfondite sugli effetti della colonizzazione microbica.
- Potenziali applicazioni nell'identificazione di bersagli terapeutici.
Conclusioni
- Il modello di intestino-su-un-cip è uno strumento prezioso per la ricerca.
- Consente lo studio di interazioni complesse in un ambiente controllato.
- Studi futuri potranno sfruttare questo modello per la ricerca sulle malattie infettive.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Il modello di intestino su chip immunocompetente consente un'analisi ad alta fedeltà delle risposte immunitarie della mucosa intestinale in condizioni fisiologicamente rilevanti, colmando una lacuna fondamentale nella scoperta preclinica. Integrando cellule immunitarie umane primarie e sostenendo interazioni complesse tra ospite e microbiota, questa piattaforma aumenta la fiducia predittiva nella validazione degli obiettivi e nella riduzione dei rischi meccanicistici nei percorsi per malattie infettive e infiammatorie. I suoi output funzionali multiplexed e la compatibilità con tecniche avanzate di imaging ne fanno un'asset riutilizzabile per la ricerca traslazionale e la selezione di portafoglio.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette l'analisi di ipotesi terapeutiche che coinvolgono l'immunità della mucosa intestinale e le interazioni ospite-patogeno.
- Supporta la riduzione del rischio biologico modellando le risposte delle cellule immunitarie residenti nei tessuti alla colonizzazione microbica.
- Facilita la validazione funzionale delle proteine bersaglio mediante letture quantitative come il rilascio di citochine e l'infiltrazione delle cellule immunitarie.
- Migliora la capacità predittiva per lo sviluppo di bersagli implicati nella funzione della barriera intestinale e nella modulazione immunitaria.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Fornisce un sistema organotipico validato per la valutazione standardizzata degli effetti dei composti sull'integrità epiteliale e sull'attivazione immunitaria.
- Offre risultati riproducibili e multiparametrici, inclusi saggi di permeazione e metriche di differenziazione cellulare basate sull'immunofluorescenza.
- Permette lo screening scalabile di molecole o biologici candidati in un microambiente fisiologicamente rilevante.
- Consente una valutazione affidabile di interventi mirati alle vie dell'ospite-microbiota o immunitarie.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Allinea i meccanismi rilevanti per la malattia modellando le risposte immunitarie mucosali umane a sfide batteriche e fungine.
- Collega la fase di scoperta alla validazione preclinica attraverso la continuità di parametri funzionali e strutturali.
- Semplifica le decisioni di avanzamento con valutazione del rischio per asset mirati all'omeostasi immunitaria intestinale o alle infezioni.
- Fornisce informazioni meccanicistiche a supporto dello sviluppo di biomarcatori traslazionali.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo modello di intestino-su-un-chip è adatto dalla fase iniziale di scoperta fino all'identificazione dei composti promettenti e agli studi meccanicistici preclinici, sostenendo test ipotetici iterativi e la priorizzazione degli obiettivi.
- Biologia della scoperta: Consente test robusti dell'ipotesi nulla relativi a vie di risposta immunitaria e funzione di barriera in condizioni controllate di esposizione microbica.
- Screening: Fornisce output quantitativi e riproducibili per il triage di composti e la standardizzazione di saggi.
- Analisi: Supporta misurazioni multiplex, inclusi il profilo delle citochine, l'infiltrazione delle cellule immunitarie e l'integrità epiteliale.
- Ricerca traslazionale: Offre una piattaforma per allineare risultati ottenuti in vitro con biomarcatori rilevanti per le malattie e endpoint preclinici.
- Riutilizzo aziendale: Funziona come sistema modulare e scalabile, adattabile a diversi programmi di R&S legati all'intestino.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella validazione di bersagli immunitari intestinali.
- Valore operativo: Standardizza i flussi di lavoro complessi di co-coltura e consente la generazione di dati riproducibili e multiplex.
- Valore strategico: Migliora la qualità delle decisioni di avanzamento o interruzione e l'efficienza del capitale riducendo i rischi biologici in fase avanzata.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione e la progressione di asset mirati all'immunità intestinale o alle infezioni, adeguata al rischio.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze nella manipolazione di biochip microfluidici e nelle tecniche avanzate di coltura cellulare.
- Richiede l'accesso a infrastrutture per l'immagine di immunofluorescenza e analisi multiplex.
- Necessita di una standardizzazione tra team diversi per garantire riproducibilità e confrontabilità dei dati.
- L'adattamento a diverse fonti di cellule immunitarie o specie microbiche può richiedere un'ottimizzazione del protocollo.
- La complessità del modello e il mantenimento di una microbiota in omeostasi presentano limitazioni pratiche per un utilizzo ad alto rendimento.
Domande frequenti sulla biofarmaceutica
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:36
Harvesting and Seeding of Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) for Human Intestine‐on‐Chip Model
4:03
Microfluidic Perfusion of HUVEC and C2BBe1 Cultured Biochips for Analyzing Immune Responses to Microbial Colonization
