Immunocompetent darm-op-chip-model voor het analyseren van immuunresponsen van het darmslijmvlies
24 mei 2024
Ons gedetailleerde protocol schetst de creatie en het gebruik van het geavanceerde darm-op-chip-model, dat menselijk darmslijmvlies simuleert met 3D-structuren en verschillende celtypen, waardoor een diepgaande analyse van immuunresponsen en cellulaire functies als reactie op microbiële kolonisatie mogelijk is.
Ons onderzoek richt zich op de ontwikkeling en het gebruik van immunocompetente organ-on-chip platforms. Door deze fysiologisch relevante, gehumaniseerde in vitro modellen te creëren, zijn we in staat om de complexe interactie tussen gastheer en ziekteverwekker te bestuderen. De kennis die we creëren, kan worden gebruikt om moleculaire doelen voor de therapie van infectieziekten te manipuleren en te identificeren.
Een belangrijke uitdaging is het in stand houden van een levende microbiota onder homeostatische omstandigheden naast gastheerweefsel in vitro. Dit omvat het repliceren van de organotypische 3D-topografie van crypte- en villusstructuren en hun microbiële kolonisatie. Darm-op-chip-platforms pakken dit aan door stroming te gebruiken om de organotypische structuren vorm te geven en bacteriële overgroei te voorkomen.
Dit zorgt voor stabiele kweekomstandigheden. Vergeleken met andere beschikbare darm-op-chip-platforms, maakt ons model de gedetailleerde studie van de menselijke immuunrespons op ziekteverwekkers mogelijk dankzij de opname van primaire weefsel-residente immuuncellen. Bovendien maakt de modelgrootte meerdere uitlezingen in één enkel experiment mogelijk, waardoor de totale kosten en het aantal experimenten worden verlaagd.
Ons laboratorium richt zich op het gebruik van geïnduceerde pluripotente stamcellen om autologe systemen te ontwikkelen die gepersonaliseerde geneeskunde mogelijk maken.
Overzicht
Dit artikel presenteert een gedetailleerd protocol voor de ontwikkeling van een geavanceerd intestine-on-chipmodel dat het menselijke darmslijmvlies simuleert. Het model maakt gebruik van 3D-structuren en diverse celtypen, wat de analyse van immuunresponsen en cellulaire functies in relatie tot microbiële kolonisatie faciliteert.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Biologie
- Microbiologie
Achtergrond
- Ontwikkeling van immunocompetente organ-on-chip-platformen.
- Belang van het bestuderen van interacties tussen gastheer en pathogeen.
- Uitdagingen bij het in stand houden van levende microbiota in vitro.
- Noodzaak tot het repliceren van organtypische 3D-structuren.
Doel van de studie
- Om fysiologisch relevante gehumaniseerde in vitro-modellen te creëren.
- Om immuunresponsen op microbiële kolonisatie te analyseren.
- Om moleculaire targets voor de therapie van infectieziekten te identificeren.
Gebruikte methoden
- Creatie van intestine-on-chip platforms.
- Gebruik van stroming om organotypische structuren te vormen.
- Handhaving van homeostatische condities voor microbiota.
- Diepgaande analyse van cellulaire functies.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle simulatie van het menselijke darmslijmvlies.
- Verbeterd begrip van immuunresponsen.
- Inzichten in de effecten van microbiële kolonisatie.
- Potentiële toepassingen bij de identificatie van therapeutische doelwitten.
Conclusies
- Het intestine-on-chip-model is een waardevol instrument voor onderzoek.
- Het maakt het mogelijk om complexe interacties in een gecontroleerde omgeving te bestuderen.
- Toekomstige studies kunnen dit model inzetten voor onderzoek naar infectieziekten.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor leidinggevenden
Het immuuncompetente intestine-on-chip-model maakt een getrouwe analyse van immuunresponsen in het darmslijmvlies onder fysiologisch relevante omstandigheden mogelijk, waarmee een kritisch hiaat in preklinisch onderzoek wordt opgevuld. Door de integratie van primaire menselijke immuuncellen en het ondersteunen van complexe interacties tussen gastheer en microbiota, vergroot dit platform de voorspellende betrouwbaarheid voor targetvalidatie en mechanistische risicoreductie in pijplijnen voor infectieuze en inflammatoire ziekten. De gemultiplexte functionele read-outs en de compatibiliteit met geavanceerde beeldvorming positioneren het als een herbruikbaar instrument voor translationeel onderzoek en portfoliotriage.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt het onderzoeken van therapeutische hypothesen met betrekking tot de immuniteit van het darmslijmvlies en gastheer-pathogeeninteracties mogelijk.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door het modelleren van responsen van weefselresidente immuuncellen op microbiële kolonisatie.
- Faciliteert functionele targetvalidatie via kwantitatieve read-outs, zoals cytokinereductie en infiltratie van immuuncellen.
- Verhoogt het voorspellend vertrouwen voor het verder ontwikkelen van targets die betrokken zijn bij de intestinale barrièrefunctie en immuunmodulatie.
Screening & assayontwikkeling
- Biedt een gevalideerd, organotypisch systeem voor gestandaardiseerde beoordeling van de effecten van verbindingen op de epitheliale integriteit en immuunactivatie.
- Levert reproduceerbare, gemultiplexte resultaten, waaronder permeatie-assays en op immunofluorescentie gebaseerde metrics voor celdifferentiatie.
- Maakt schaalbare screening van kandidaatmoleculen of biologische geneesmiddelen mogelijk in een fysiologisch relevante micro-omgeving.
- Ondersteunt betrouwbare evaluatie van interventies gericht op gastheer-microbiota of immuunpaden.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Sluit aan bij ziekterelateerde mechanismen door menselijke mucosale immuunreacties op bacteriële en fungale uitdagingen te modelleren.
- Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door continuïteit van functionele en structurele readouts.
- Faciliteert risico-gecorrigeerde beslissingen voor de verdere ontwikkeling van assets die gericht zijn op darmimmuunhomeostase of infectie.
- Biedt mechanistische inzichten ter ondersteuning van de ontwikkeling van translationele biomarkers.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit darm-op-een-chipmodel is geschikt voor trajecten van vroege ontdekking tot lead-identificatie en preklinische mechanistische studies, ter ondersteuning van iteratieve hypothesetoetsing en prioritering van targets.
- Discovery Biology: Maakt robuuste toetsing van nulhypothesen mogelijk voor immuunresponsroutes en barrièrefuncties onder gecontroleerde microbiële blootstelling.
- Screening: Levert kwantitatieve, reproduceerbare resultaten voor de triage van verbindingen en assay-standaardisatie.
- Analytics: Ondersteunt multiplexmetingen, waaronder cytokineprofilering, infiltratie van immuuncellen en epitheliale integriteit.
- Translationeel Onderzoek: Biedt een platform om in vitro bevindingen af te stemmen op ziekterelevante biomarkers en preklinische eindpunten.
- Enterprise Hergebruik: Fungeert als een modulair, schaalbaar systeem dat aanpasbaar is aan diverse R&D-programma's met betrekking tot de darm.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de validatie van immuuntargets in de darm.
- Operationele waarde: Standaardiseert complexe co-cultuurworkflows en maakt reproduceerbare, gemultiplexte datageneratie mogelijk.
- Strategische waarde: Verbetert de kwaliteit van go/no-go-beslissingen en de kapitaalefficiëntie door biologische risico's in een laat stadium te verminderen.
- Impact op de portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en het verder ontwikkelen van activa die gericht zijn op intestinale immuniteit of infecties.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in de hantering van microfluidische biochips en geavanceerde celkweektechnieken.
- Vereist toegang tot immunofluorescentie-beeldvorming en een gemultiplexte analytische infrastructuur.
- Noodzaakt standaardisatie tussen teams voor reproduceerbaarheid en vergelijkbaarheid van gegevens.
- Aanpassing aan verschillende bronnen van immuuncellen of microbiële soorten kan optimalisatie van het protocol vereisen.
- De complexiteit van het model en het behoud van homeostatische microbiota vormen praktische beperkingen voor gebruik met een hoge doorvoer.
Veelgestelde vragen over Biopharma
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
