Driedimensionale morfogenese bij darm-op-een-chip bij honden met behulp van darmorganoïden afkomstig van patiënten met inflammatoire darmaandoeningen
9 februari 2024
Integratie van darmorganoïden bij honden en een Gut-on-a-Chip microfluïdisch systeem biedt relevante translationele modellen voor menselijke darmziekten. De gepresenteerde protocollen maken 3D-morfogenese en dynamische in vitro modellering van de darm mogelijk, wat helpt bij de ontwikkeling van effectieve behandelingen voor darmziekten bij honden en mensen met One Health.
Ons onderzoeksdoel is om een methode te creëren voor het kweken van 3D-structuren met behulp van darmcellen van dieren die lijken op mensen, met name honden. Intestinale cellologische morfogenese is grotendeels bestudeerd door middel van proefdiermodellen, die kostbaar en tijdrovend zijn en de menselijke ontwikkelingsprocessen niet nauwkeurig weergeven. Bovendien missen conventionele statische 2D-celkweekmodellen het vermogen om de complexe ruimtelijke organisatie van een 3D abSeriële architectuur na te bootsen.
Het bereiken van de hechting van individuele cellen afkomstig van darmorganoïden op het ECM-gecoate PDMS-oppervlak vormde een grote uitdaging. Een cruciale stap in het aanpakken van deze uitdaging is zowel het garanderen van een uniforme ECM-coating door oppervlakteactivering als het 's nachts laten drogen. De integratie van van patiënten afgeleide hondenorganoïdetechnologie met in-vitro 3D-morfogenese biedt een veelbelovende weg voor het uitvoeren van translationeel onderzoek naar chronische multifactoriële ziekten, in lijn met het One Health Initiative.
Het protocol voor IBD bij honden, dat op een chip is gezet, biedt een repliceerbaar model voor vergelijkende geneeskunde, waardoor studies naar intestinale morfogenese, gastheer-microbioominteracties, infecties, geneesmiddel- en probiotische screenings mogelijk zijn, en is toepasbaar op verschillende soorten.
Overzicht
Deze studie richt zich op de integratie van canine intestinale organoïden met een Gut-on-a-Chip microfluïdisch systeem, wat een relevant model biedt voor menselijke darmziekten. De ontwikkelde protocollen faciliteren 3D-morfogenese en dynamische in vitro modellering van de darm, wat bijdraagt aan de vooruitgang van behandelingen voor darmziekten bij zowel honden als mensen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Comparatieve Geneeskunde
- Microfluidica
Achtergrond
- Intestinale cellulaire morfogenese is cruciaal voor het begrijpen van de darmgezondheid.
- Traditionele modellen slagen er vaak niet in om menselijke processen nauwkeurig weer te geven.
- Canine modellen bieden een nauwere benadering van menselijke darmziekten.
- Het One Health-initiatief benadrukt de onderlinge samenhang tussen de gezondheid van mens en dier.
Doel van de studie
- Om een reproduceerbaar model te ontwikkelen voor het bestuderen van intestinale morfogenese.
- Om interacties tussen gastheer en microbioom en de implicaties hiervan voor de gezondheid te onderzoeken.
- Om screening van geneesmiddelen en probiotica in een vergelijkende context te faciliteren.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van het Gut-on-a-Chip-apparaat met ECM-coating.
- Inzaaien van canine intestinale organoïden in het microfluïdische systeem.
- Toepassing van continue flow en cyclische rek om fysiologische condities na te bootsen.
- Immunofluorescentiekleuring om de 3D-structuur en de barrièrefunctie te beoordelen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle totstandkoming van 3D-morfogenese in het microfluïdische systeem.
- Observatie van villus-achtige structuren en functionele intestinale barrières.
- Aangetoond potentieel voor comparatieve studies naar intestinale ziekten.
- Validatie van het model voor toekomstig translationeel onderzoek.
Conclusies
- Het Gut-on-a-Chip-model is een veelbelovende tool voor het bestuderen van de darmgezondheid.
- De integratie van canine organoïden verhoogt de relevantie van de bevindingen.
- Deze aanpak sluit aan bij het One Health-perspectief, wat gunstig is voor zowel de menselijke als de diergezondheid.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
De integratie van intestinale organoïden van honden in microfluïdische Gut-on-a-Chip-systemen maakt fysiologisch relevante, dynamische in vitro-modellen mogelijk voor onderzoek naar darmziekten. Deze benadering pakt de beperkingen van traditionele statische modellen en diermodellen aan door een platform te bieden voor predictieve, translationele studies in zowel veterinaire als humane contexten. De resulterende modellen ondersteunen inzichten over verschillende soorten heen, wat de validatie van targets verbetert en de risico's bij vroege ontdekkingsfasen voor intestinale therapeutica verlaagt.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt het mogelijk om ziekterelevante pathways te onderzoeken met behulp van primaire cellen van spontane canine IBD-gevallen.
- Ondersteunt functionele targetvalidatie door 3D intestinale morfogenese en barrièrefunctie te reproduceren.
- Faciliteert mechanische de-risking door directe observatie van interacties tussen gastheer-microbioom en epitheel.
Screening & Assayontwikkeling
- Biedt een gestandaardiseerd, reproduceerbaar platform voor het screenen van geneesmiddelen en probiotica in een dynamische darmomgeving.
- Levert kwantitatieve resultaten, zoals TEER-metingen voor de beoordeling van de barrière-integriteit.
- Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op schaalbare evaluatie van verbindingen en vergelijkingen tussen verschillende soorten.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Sluit aan bij translationele biomarkerstrategieën door spontane ziekte te modelleren binnen een One Health-kader.
- Maakt continuïteit mogelijk van ontdekking tot preklinische validatie met behulp van fysiologisch relevante hondenspecifieke modellen.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde beslissingen voor verdere ontwikkeling door veterinair onderzoek naar darmziekten en menselijk onderzoek hiermee te verbinden.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit Gut-on-a-Chip-protocol bevindt zich op het snijvlak van vroege ontdekking, lead-identificatie en preklinisch onderzoek voor programma's naar darmziekten.
- Ontdekkingsbiologie: Bevordert hypothesetoetsing en pathway-verduidelijking in ziekterelevante systemen.
- Screening: Stelt assay-gereedheid en reproduceerbaarheid vast voor functionele assays en barrièreassays.
- Analytiek: Maakt kwantitatieve read-outs mogelijk, zoals TEER en immunofluorescente structurele analyse.
- Translationeel onderzoek: Biedt een cross-species platform voor biomarker-afstemming en vergelijkende studies.
- Enterprise hergebruik: Biedt een herbruikbaar microfluïdisch systeem dat aanpasbaar is aan diverse modellen voor darmziekten.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanische ambiguïteit bij het modelleren van darmziekten.
- Operationele waarde: Levert gestandaardiseerde, schaalbare en reproduceerbare workflows voor assays op basis van organoïden.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go besluitvorming en kapitaalefficiëntie door vroegtijdige risicoreductie mogelijk te maken.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en cross-species ontwikkeling van intestinale therapieën.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in organoïde-kweek, microfluidica en de hantering van hondeweefsel.
- Vereist toegang tot ECM-coating, microfluidische instrumentatie en infrastructuur voor TEER-metingen.
- Standaardisatie tussen teams is noodzakelijk voor reproduceerbare ECM-coating en celzaaiing.
- Aanpassing aan verschillende soorten of ziektemodellen kan protocoloptimalisatie vereisen.
- Beperkingen omvatten technische uitdagingen bij de uniforme celhechting en het behoud van 3D-morfogenese.
