Opbouw van huidmodellen voor tal van toepassingen - van tweedimensionale (2D) monocultuur tot driedimensionale (3D) multicultuur
20 oktober 2023
Hier presenteren we goedkope en eenvoudige procedures om verschillende 3D-huidmodellen te introduceren voor routineonderzoek in een celkweeklaboratorium. Onderzoekers kunnen modellen maken die zijn afgestemd op hun behoeften zonder afhankelijk te zijn van in de handel verkrijgbare modellen.
Onze uitdaging is om de cytotoxiciteit van ingrediënten te testen voordat ze cosmetisch of medisch worden gebruikt. De commerciële 3D-huidmodellen die beperkt zijn tot ongeveer drie celtypen weerspiegelen niet de werkelijke complexiteit van de huid. En de huid heeft verschillende celtypen met essentiële functies, wat een uitdaging vormt bij het nauwkeurig beoordelen van de impact van ingrediënten.
Onze bevindingen geven aan dat de methode voor het beperken van celadhesie meer goed gevormde bollen produceerde in vergelijking met de veelgebruikte methoden. Bovendien vereist het minder manipulatie, wat zorgt voor een grotere stabiliteit van de bol. In ons huidequivalent gebruiken we maximaal vier soorten huidcellen, in tegenstelling tot de commerciële modellen die doorgaans maximaal drie celtypen bevatten.
Deze celmodellen komen vaak voor, maar zijn niet nauwkeurig bij het weergeven van echte interactie. Hoewel commerciële 3D-huidequivalenten een betere weefselrepresentatie bieden, beperken hun kosten het wijdverbreide gebruik. Bijgevolg maken onze zelf opgestelde modellen het mogelijk om eerste kosteneffectieve experimenten uit te voeren op een realistischer platform.
Onze protocollen schetsen betaalbare, ongecompliceerde manieren om op maat gemaakte 3D-huidmodellen te maken, die bollen en equivalenten omvatten. In tegenstelling tot commerciële opties bieden onze modellen een aanpasbaar uiterlijk en samenstelling die is afgestemd op de eisen van het onderzoek. De methode is toegankelijk en vereist geen gespecialiseerde vaardigheden of apparatuur, waardoor ze zelfs door beginnende onderzoekers kunnen worden gerepliceerd.
Ons doel is om de eenvoud van het maken van verschillende 3D-cellulaire modellen te benadrukken, terwijl we de waarde van gecertificeerde commerciële modellen in onderzoek benadrukken. We benadrukken het belang van het gebruik van realistische modellen, zoals bollen en equivalenten. Door te laten zien hoe de cellen modellen maken, kan worden geholpen bij het vooraf selecteren van de testomstandigheden voordat gecertificeerde modellen worden gebruikt.
Overzicht
Dit artikel presenteert eenvoudige en kosteneffectieve procedures voor het creëren van aangepaste 3D-huidmodellen in celluultkweeklaboratoria. Deze modellen kunnen worden afgestemd op specifieke onderzoeksbehoeften, waardoor een realistischer platform wordt geboden voor het testen van ingrediënten en cytotoxiciteit.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Celcultuur
- 3D-huidmodellen
- Cytotoxiciteitstesten
Achtergrond
- Commerciële 3D-huidmodellen zijn beperkt wat betreft de diversiteit aan celtypen.
- De complexiteit van de echte huid omvat diverse celtypen met essentiële functies.
- 2D-celmodellen zijn onvoldoende accuraat in het representeren van reële interacties.
- De kosten beperken het wijdverbreide gebruik van commerciële 3D-modellen.
Doel van de studie
- Om betaalbare en eenvoudige methoden te ontwikkelen voor het creëren van 3D-huidmodellen.
- Om onderzoekers in staat te stellen voorlopige experimenten uit te voeren op realistische platforms.
- Om het belang van het gebruik van realistische modellen voor het testen van ingrediënten te benadrukken.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van huidcel-suspensies van keratinocyten, fibroblasten en melanocyten.
- Hanging drop-methode voor het creëren van celsferen.
- Methode ter beperking van celadhesie voor het vormen van stabiele aggregaten.
- Monitoring van celgroei en morfologie met behulp van optische microscopie.
Belangrijkste resultaten
- Zelfopgezette modellen kunnen tot vier celtypen bevatten.
- Methoden om celadhesie te beperken leveren stabielere en beter gevormde sferoïden op.
- Op maat gemaakte modellen maken een betere weergave van de complexiteit van de huid mogelijk.
- Modellen zijn reproduceerbaar, zelfs door beginnende onderzoekers.
Conclusies
- Op maat gemaakte 3D-huidmodellen bieden een kosteneffectief alternatief voor commerciële opties.
- Realistische modellen zijn essentieel voor nauwkeurig onderzoek naar ingrediënten.
- Eenvoudige protocollen maken deze modellen toegankelijk voor routinematig onderzoek.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
De overstap van 2D-monoculturen naar aanpasbare 3D-multicultuur-huidmodellen beantwoordt de behoefte aan fysiologisch relevante, kosteneffectieve platforms voor ingrediënt- en cytotoxiciteitstesten. Deze modellen maken voorspellendere screening en risicoreductie in vroege stadia mogelijk, vooral nu regelgevende en ethische beperkingen dierproeven beperken. Hun toegankelijkheid en aanpasbaarheid ondersteunen een bredere adoptie binnen discovery- en preklinische workflows, wat de besluitvorming over portfolio's verbetert.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt het mogelijk om de effecten van verbindingen te onderzoeken in een weefselrelevante, multicellular context.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door de werkelijke complexiteit van de huid te modelleren met maximaal vier celtypen.
- Faciliteert voorspellende zekerheid bij de vroege selectie van ingrediënten of kandidaat-geneesmiddelen.
Screening & assayontwikkeling
- Biedt gevalideerde, reproduceerbare 3D-systemen voor kwantitatieve cytotoxiciteitstesten en het testen van ingrediënten.
- Verbetert de standaardisatie en schaalbaarheid van assays in vergelijking met commerciële of 2D-modellen.
- Maakt betrouwbare pre-screening mogelijk voordat er wordt overgegaan naar gecertificeerde modellen of modellen van regelgevende kwaliteit.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt in vitro testen uit met ziekterelevalente huidarchitectuur voor translationele continuïteit.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde voortgang door nauwkeurigere preklinische voorspellingen mogelijk te maken.
- Vermindert de afhankelijkheid van diermodellen, in overeenstemming met de 3V's en regelgevende trends.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze aanpasbare 3D-huidmodellen zijn geschikt voor trajecten vanaf de vroege ontdekkingsfase tot aan de preklinische evaluatie, waarmee de kloof tussen eenvoudige celassays en complexe in vivo-studies wordt overbrugd.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en de verduidelijking van signaalpaden in een multicellular omgeving.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve resultaten voor de beoordeling van ingrediënten en cytotoxiciteit.
- Analytics: Maakt vergelijkende analyse van celviabiliteit, morfologie en weefselintegriteit over verschillende condities mogelijk.
- Translationeel Onderzoek: Biedt een platform om in vitro bevindingen af te stemmen op in vivo relevantie.
- Enterprise Hergebruik: Biedt een schaalbaar, aanpasbaar systeem voor herhaaldelijk gebruik in meerdere projecten en teams.
Operationele & Bedrijfsmatige Impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in huidgerelateerde studies.
- Operationele waarde: Standaardiseert workflows en maakt reproduceerbaarheid mogelijk zonder gespecialiseerde apparatuur.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie door vroegtijdige, realistische screening mogelijk te maken.
- Portfolio-impact: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en de verdere ontwikkeling van kandidaten met een betere biologische relevantie.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist basiskennis van celkweek, toegankelijk voor zowel beginnende als ervaren onderzoekers.
- Vereist standaard laboratoriumapparatuur; geen gespecialiseerde instrumentatie nodig.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid van gegevens.
- Aanpasbaar voor verschillende celtypen en experimentele vereisten.
- Beperkingen omvatten variabiliteit door handmatige manipulatie en het risico op vervorming van sferoïden tijdens overdracht.
