Gebruik van het MicroSiM (μSiM) barrièreweefselplatform voor het modelleren van de bloed-hersenbarrière
12 januari 2024
Dit rapport biedt protocollen voor assemblage, celkweek en assays op het μSiM-platform voor de constructie van bloed-hersenbarrièremodellen.
We ontwikkelen een weefsel GI-model van de bloed-hersenbarrière om de impact van sepsis op de hersenen en de bijdrage van door bloed overgedragen factoren te begrijpen. Met behulp van door de mens geïnduceerde pluripotente stamcellen. We zijn van plan om de bijdrage van genetische factoren aan de gevoeligheid van bepaalde patiëntenpopulaties te evalueren.
De huidige experimentele uitdagingen binnen de weefselchipgemeenschap zijn de reproduceerbaarheid van resultaten en de adoptie van technieken door externe laboratoria. Unieke ontwerpen van weefselchips, kleine volumes in weefselchips en het ontbreken van standaard functionele assays dragen allemaal bij aan deze uitdagingen en beperken gebruikers vaak tot fluorescerende assays als hun primaire output. Micro simm-apparaten bieden modulariteit voor veelzijdige in vitro modellering, een glazen lichtoppervlak dat ideaal is voor lifestyle-beeldvorming met hoge resolutie en ultra syn 100 nanometer, sterk geproduceerd nanomembraan, wat zorgt voor naadloze overspraak van oplosbare factoren en nauwkeurige permeabiliteitstests.
Met de microsimulatie hebben we gezien dat specifieke celtypen de neiging hebben om meer van de matrixeiwitten te produceren die een ondersteunende steiger rond de bloedvaten van de hersenen vormen. Nu kunnen we ons afvragen of ontsteking ervoor zorgt dat dezelfde cellen hun matrices versterken of afbreken, waardoor de integriteit van de barrière verandert. In de toekomst zullen we nog een compartiment aan het model toevoegen met groene cellen zoals astrocyten en microglia om te bestuderen hoe die cellen interageren met de bloed-hersenbarrière in gevallen van systemische ontsteking zoals sepsis.
We zijn ook van plan om aanvullende oorzaken van systemische ontsteking te onderzoeken, zoals postoperatief delirium, bovenop dementie.
Overzicht
Deze studie ontwikkelt een weefselchipmodel van de bloed-hersenbarrière om de effecten van sepsis op de hersenfunctie te onderzoeken. Door gebruik te maken van menselijke geïnduceerde pluripotente stamcellen beoogt het onderzoek genetische factoren te evalueren die de vatbaarheid van patiënten beïnvloeden.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Celbiologie
- Tissue Engineering
Achtergrond
- Het begrijpen van de bloed-hersenbarrière is essentieel voor het bestuderen van neurologische aandoeningen.
- Huidige uitdagingen omvatten de reproduceerbaarheid en standaardisatie in tissue chip-technologie.
- MicroSIM-apparaten bieden innovatieve oplossingen voor in vitro modellering.
- De impact van ontsteking op de integriteit van de barrière is een belangrijk onderzoeksgebied.
Doel van de Studie
- Om een betrouwbaar model te creëren voor het bestuderen van de dynamiek van de bloed-hersenbarrière.
- Om te onderzoeken hoe systemische ontsteking de gezondheid van de hersenen beïnvloedt.
- Om de rol van verschillende celtypen bij het behoud van de integriteit van de barrière te evalueren.
Gebruikte methoden
- Assemblage van microSIM-apparaten voor celkweek.
- Protocollen voor celuitplating en incubatie van endotheelcellen.
- Immunokleuringstechnieken voor het visualiseren van celinteracties.
- Confocale microscopie voor beeldvorming en analyse van barrière-eigenschappen.
Belangrijkste resultaten
- MicroSIM-apparaten demonstreerden effectieve kweekcondities voor cellen.
- Er werd aangetoond dat ontsteking de productie van matrixeiwitten beïnvloedt.
- Optimale zaaidichtheden werden geïdentificeerd voor een effectieve co-kweek.
- Er werden verschillende cellagen waargenomen, wat duidt op een succesvolle ontwikkeling van het model.
Conclusies
- Het microSIM-platform is een veelbelovend instrument voor het bestuderen van de bloed-hersenbarrière.
- Toekomstige studies zullen het model uitbreiden om ook astrocyten en microgliacellen te bevatten.
- Dit onderzoek kan leiden tot een beter begrip van de effecten van systemische ontsteking op de hersenen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Het microSiM (µSiM) barrièreweefselplatform maakt geavanceerde modellering van de bloed-hersenbarrière (BBB) mogelijk met live-cell imaging en directe kwantitatieve permeabiliteitsbeoordeling. Deze functionaliteit pakt uitdagingen op het gebied van reproduceerbaarheid en standaardisatie in preklinisch BBB-onderzoek aan, wat bijdraagt aan het voorspellend vertrouwen bij de ontdekking van geneesmiddelen voor het centrale zenuwstelsel (CNS) en mechanistische risicoreductie. De compatibiliteit van het platform met zowel primaire cellen als hiPSC-afgeleide cellen maakt het tot een herbruikbaar middel voor translationele neurowetenschappelijke portfolio's.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt onderzoek naar de integriteit van de BBB en cellulaire interacties onder ziekterelevante condities mogelijk.
- Ondersteunt mechanistische risicoreductie door directe beoordeling van matrixproteïnedynamiek en barrièrefunctie mogelijk te maken.
- Faciliteert functionele doelwitvalidatie via kwantitatieve permeabiliteitsassays en immunofluorescentie-read-outs.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een gestandaardiseerd, modulair systeem voor de reproduceerbare totstandkoming van BBB-modellen tussen verschillende laboratoria.
- Levert kwantitatieve resultaten voor permeabiliteit en immunokleuring, wat de ontwikkeling en optimalisatie van assays ondersteunt.
- Maakt imaging met een hoge resolutie en directe uitlezing mogelijk zonder membraanextractie, waardoor de integratie in de workflow wordt vereenvoudigd.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Modelleert de menselijke BBB met behulp van zowel primaire cellen als hiPSC-afgeleide cellen, waardoor de ziekterelevantie en translationele continuïteit worden verbeterd.
- Maakt onderzoek mogelijk naar genetische en inflammatoire factoren die de BBB-functie beïnvloeden, wat de afstemming van biomarkers ondersteunt.
- Faciliteert risicogebaseerde besluitvorming voor verdere ontwikkeling door het leveren van robuuste, reproduceerbare gegevens over de barrièrefunctie.
Integratie van Pipeline & Workflow
Het microSiM-platform is geschikt voor trajecten variërend van vroege ontdekking tot preklinische validatie, waardoor hypothesetestestest, assayontwikkeling en translationeel onderzoek in CNS-medicijnpipelines mogelijk worden gemaakt.
- Discovery Biology: Ondersteunt mechanistische studies naar de integriteit van de bloed-hersenbarrière (BBB), matrixremodellering en cellulaire interacties onder inflammatoire of genetische verstoringen.
- Screening: Biedt reproduceerbare, kwantitatieve resultaten voor permeabiliteit en immunofluorescentie voor de evaluatie van verbindingen.
- Analytics: Maakt directe meting van de barrièrefunctie en de integriteit van de cellaag mogelijk, wat vergelijkingen tussen verschillende condities ondersteunt.
- Translationeel onderzoek: Sluit aan bij menselijke ziektebeelden door gebruik te maken van co-culturen van hiPSC-afgeleide cellen en primaire cellen.
- Enterprise Reuse: Biedt een modulair, gestandaardiseerd platform dat aanpasbaar is aan diverse behoeften op het gebied van BBB-onderzoek en screening.
Operationele en zakelijke impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanische ambiguïteit in BBB-studies.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid, standaardisatie en schaalbaarheid tussen onderzoeksteams.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie door het verstrekken van robuuste, kwantitatieve gegevens.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en bevordering van op het CZS gerichte activa.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in celkweek, immuunkleuring en confocale beeldvorming.
- Vereist toegang tot microSiM-apparatuur, biosafety-infrastructuur en analytische instrumentatie.
- Vraagt om standaardisatie tussen teams voor reproduceerbare permeabiliteits- en beeldvormingsassays.
- Aanpasbaar aan zowel primaire als hiPSC-afgeleide celmodellen voor een bredere toepasbaarheid.
- Afhankelijk van zorgvuldige optimalisatie van zaaidichtheden en kweekduuren voor de rijping van de barrière.
