炎症性腸疾患患者由来の腸管オルガノイドを用いたイヌ腸チップの3次元形態形成
2024年2月9日
イヌ腸オルガノイドとGut-on-a-Chipマイクロ流体システムの統合により、ヒトの腸疾患に関連するトランスレーショナルモデルが提供されます。提示されたプロトコルは、腸の3D形態形成と動的 in vitro モデリングを可能にし、One Healthの犬と人間の腸疾患の効果的な治療法の開発を支援します。
私たちの研究目標は、ヒトに似た動物、特にイヌの腸管細胞を用いて3次元構造を増殖させる方法の創出です。腸細胞の形態形成は、主に実験動物モデルによって研究されてきましたが、実験動物モデルはコストと時間がかかり、ヒトの発生プロセスを正確に表していません。さらに、従来の静的な2D細胞培養モデルでは、3D abSerialアーキテクチャの複雑な空間構成を模倣する能力が欠けています。
腸管オルガノイド由来の個々の細胞をECMでコーティングされたPDMS表面に付着させることは、大きな課題となっていました。この課題に対処する上で極めて重要なステップであり、表面活性化による均一なECMコーティングの確保と、一晩の乾燥の両方を実現します。患者由来のイヌオルガノイド技術とin vitro 3D形態形成の統合は、One Health Initiativeと連携し、慢性多因子疾患のトランスレーショナルリサーチを実施するための有望な手段を提供します。
イヌIBDのプロトコルは、比較医学のための複製可能なモデルを提供し、腸の形態形成、宿主とマイクロバイオームの相互作用、感染症、薬物およびプロバイオティクスのスクリーニングに関する研究を可能にし、種間の適用性を備えています。
概要
本研究では、イヌの腸管オルガノイドをGut-on-a-Chipマイクロ流体システムに統合することに焦点を当てており、ヒトの腸管疾患に関連するモデルを提供します。開発されたプロトコルは、腸管の3D形態形成および動的なin vitroモデリングを促進し、イヌとヒトの両方における腸管疾患の治療法の進歩に寄与します。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 比較医学
- マイクロ流体デバイス
背景
- 腸管細胞の形態形成を理解することは、腸の健康を把握する上で極めて重要です。
- 従来のモデルでは、ヒトの生理プロセスを正確に再現できないことが多くあります。
- イヌモデルは、ヒトの腸疾患に近い近似を提供します。
- ワンヘルス（One Health）イニシアチブは、ヒトと動物の健康の相互関連性を強調しています。
研究目的
- 腸管形態形成を研究するための再現可能なモデルを構築すること。
- 宿主とマイクロバイオームの相互作用と、それが健康に与える影響を調査すること。
- 比較研究の文脈において、薬剤およびプロバイオティクスのスクリーニングを促進すること。
使用された手法
- ECMコーティングを施したGut-on-a-Chipデバイスの調製。
- マイクロ流体システムへのイヌ腸管オルガノイドの播種。
- 生理的条件を模倣するための連続流および周期的な伸展刺激の適用。
- 3D構造およびバリア機能を評価するための免疫蛍光染色。
主な結果
- マイクロ流体システムにおける3D形態形成の構築に成功した。
- 絨毛様構造および機能的な腸管バリアを観察した。
- 腸管疾患の比較研究における有用性を実証した。
- 今後のトランスレーショナルリサーチに向けたモデルの妥当性を検証した。
結論
- Gut-on-a-Chipモデルは、腸管の健康状態を研究するための有望なツールである。
- イヌのオルガノイドを統合することで、得られた知見の妥当性が向上する。
- このアプローチはワンヘルス（One Health）の視点に沿ったものであり、人間と動物の両方の健康に寄与する。
よくある質問
産業界への適用性と重要性
イヌの腸管オルガノイドをマイクロ流体Gut-on-a-Chipシステムに統合することで、腸疾患研究のための生理学的に適切でダイナミックなin vitroモデルを実現できます。このアプローチは、獣医学および人間 both の文脈における予測的かつトランスレーショナルな研究のためのプラットフォームを提供することで、従来の静的なモデルや動物モデルの限界を解消します。得られたモデルは種を越えた知見をサポートし、標的バリデーションを強化し、腸管治療薬の初期段階における探索のリスクを軽減します。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 自然発生した犬のIBD症例からの一次細胞を用いて、疾患に関連するパスウェイの解析が可能になります。
- 3次元的な腸管形態形成とバリア機能を再現することで、機能的なターゲット検証をサポートします。
- ホスト・マイクロバイオームと上皮の相互作用を直接観察することで、メカニズム的なリスク低減を促進します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 動的な腸管環境における薬剤およびプロバイオティクスのスクリーニングのための、標準化され再現可能なプラットフォームを提供します。
- バリア機能の完全性を評価するためのTEER測定などの定量的出力を提供します。
- スケーラブルな化合物評価および種間比較のために検証済みの生物学的システムを構築します。
翻訳および前臨床研究
- One Healthの枠組みで自然発症疾患をモデル化することにより、トランスレーショナルバイオマーカー戦略と整合させます。
- 生理学的に適切なイヌモデルを用いることで、探索から前臨床検証までの連続性を確保します。
- 獣医学とヒトの腸管疾患研究を橋渡しすることで、リスク調整に基づいた進展の意思決定を支援します。
パイプラインおよびワークフローの統合
このGut-on-a-Chipプロトコルは、腸疾患プログラムにおける初期探索、リード化合物の同定、および前臨床研究の接点に位置付けられます。
- 探索生物学：疾患に関連する系における仮説検証およびパスウェイの解明を促進します。
- スクリーニング：機能性アッセイおよびバリアアッセイにおけるアッセイの準備状況と再現性を確立します。
- 分析：TEERや免疫蛍光構造解析などの定量的読み取りを可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ：バイオマーカーの整合および比較研究のための、種間横断的なプラットフォームを提供します。
- エンタープライズ再利用：さまざまな腸疾患モデルに適応可能な、再利用可能なマイクロ流体システムを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：腸管疾患モデリングにおける予測の信頼性を高め、メカニズム的な曖昧さを軽減する。
- 運用上の価値：オルガノイドベースのアッセイにおいて、標準化され、スケーラブルで再現性のあるワークフローを提供する。
- 戦略的価値：早期のリスク低減を可能にすることで、go/no-go判断および資本効率を改善する。
- ポートフォリオへの影響：リスク調整後の優先順位付けと、腸管治療薬の種間展開を支援する。
実施上の注意点
- オルガノイド培養、マイクロ流体デバイス、およびイヌ組織の取り扱いに関する専門知識が必要です。
- ECMコーティング、マイクロ流体操作機器、およびTEER測定インフラへのアクセスが必要です。
- 再現性のあるECMコーティングおよび細胞播種を実現するために、チーム間での標準化が必要です。
- 種や疾患モデルを適応させる場合、プロトコルの最適化が必要になる場合があります。
- 制限事項として、均一な細胞接着の実現および3D形態形成の維持における技術的な課題が挙げられます。
