Profilering van luminale pH in driedimensionale gastro-intestinale organoïden met behulp van micro-elektroden
July 5th, 2024
Het huidige protocol beschrijft pH-metingen in van menselijk weefsel afgeleide maagorganoïden met behulp van micro-elektroden voor spatiotemporele karakterisering van intraluminale fysiologie.
Het algemene doel van ons onderzoek is om te begrijpen hoe maagepitheelcellen, immuuncellen, stromale cellen en hun producten, zoals cytokinen en slijm, samenwerken om te reageren op infectie met maagpathogeen helicobacter pylori. Daartoe proberen we complexe fysiologisch relevante modellen van het menselijke maagslijmvlies te bouwen. Eerdere studies met maagorganoïden hebben tegenstrijdige resultaten opgeleverd met betrekking tot het vermogen van deze modellen om zuurafscheidende pariëtale cellen te behouden.
Met behulp van de pH-micro-elektroden hebben we aangetoond dat menselijke maagorganoïden bij afwezigheid van specifieke differentiatie- of stimulatieprotocollen een bijna neutrale pH in het lumen behouden. Relatief in toegankelijkheid heeft het organoïde lumen ons begrip van de micro-omgeving binnenin lange tijd beperkt. We demonstreren de eerste succesvolle micro-elektrode pH-metingen voor de functionele karakterisering van organoïden.
Onze op micro-elektroden gebaseerde methode zou onderzoekers een betrouwbaar hulpmiddel kunnen bieden dat kan worden aangepast aan hun specifieke behoeften. Tot nu toe omvatte pH-meting in gastro-intestinale organoïden het gebruik van pH-gevoelige kleurstoffen die afhankelijk zijn van microscopische beeldvorming voor kwantificering. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van micro-elektroden is dat ze nauwkeurige numerieke pH-metingen leveren.
Bovendien kan de intraluminale pH in realtime en met een superieure ruimtelijke resolutie worden geregistreerd. We werken aan een volledig functioneel model van de menselijke maagslijmlaag met de fysiologische pH-gradiënt, zodat we de rol van deze barrière bij helicobacter pylori-infectie kunnen bestuderen. Het uiteindelijke doel is om nieuwe cytoprotectieve behandelingen te ontwikkelen die de slijmlaag versterken en bacteriële invasie voorkomen.
Overzicht
Dit protocol beschrijft het gebruik van microelektroden voor pH-metingen in van menselijk weefsel afgeleide maagorganoïden, waardoor ruimtelijk-temporele karakterisering van de intraluminale fysiologie mogelijk wordt. De studie heeft tot doel het begrip van de reacties van het maagslijmvlies op infectie door Helicobacter pylori te verbeteren.
Belangrijke studieonderdelen
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Gastro-enterologie
- Celbiologie
Achtergrond
- Maagorganoïden worden gebruikt om het menselijk maagslijmvlies te modelleren.
- Eerdere studies vertoonden tegenstrijdige resultaten met betrekking tot zuursecreterende pariëtale cellen.
- Het begrijpen van de micro-omgeving binnen organoïden is cruciaal voor het bestuderen van de fysiologie van de maag.
- Microelektroden bieden een nieuwe methode voor nauwkeurige pH-meting.
Doel van de studie
- Om een betrouwbare methode te ontwikkelen voor het meten van intraluminale pH in maagorganoïden.
- Om de rol van de slijmlaag van de maag in Helicobacter pylori-infectie te bestuderen.
- Om een model te creëren dat kan leiden tot nieuwe cytoprotectieve behandelingen.
Gebruikte methoden
- Bereiding van menselijke maagorganoïden.
- Gebruik van microelektroden voor real-time pH-meting.
- Calibratie van microelektroden voor nauwkeurige metingen.
- Opname van pH over verschillende regio's van organoïden.
Belangrijkste resultaten
- Menselijke maagorganoïden handhaven een bijna-neutrale pH bij afwezigheid van specifieke protocollen.
- Microelektroden maken nauwkeurige pH-metingen en ruimtelijke resolutie mogelijk.
- Er werd variatie in luminale pH waargenomen over meerdere organoïden.
- De methode kan worden aangepast voor verschillende onderzoeksbehoeften.
Conclusies
- De microelektrode-gebaseerde methode is effectief voor het bestuderen van de fysiologie van maagorganoïden.
- Het begrijpen van pH-dynamiek kan behandelstrategieën voor maaginfecties informeren.
- Deze aanpak vergroot de potentie voor het ontwikkelen van nieuwe therapeutische interventies.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Quantitative profiling of luminal pH in 3D gastrointestinal organoids using microelectrodes enables precise functional characterization of disease-relevant tissue models. This capability supports predictive confidence in early discovery and target validation for gastric mucosal biology, particularly in infection and barrier function studies. Reliable intraluminal measurements facilitate translational continuity from discovery through preclinical model development in biopharma R&D portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of epithelial and barrier function hypotheses in physiologically relevant organoid systems.
- Supports biological de-risking by providing direct, quantitative readouts of luminal microenvironment changes.
- Facilitates functional target validation for pathways involved in gastric infection and mucosal defense.
Screening & Assay Development
- Prepares validated organoid models for downstream compound screening and mechanistic studies.
- Delivers standardized, reproducible, and quantitative pH outputs for assay development.
- Enables high-resolution, real-time monitoring of luminal conditions to support reliable compound evaluation.
Translational & Preclinical Research
- Aligns organoid model outputs with disease-relevant physiological parameters for translational biomarker development.
- Provides continuity from in vitro discovery to preclinical validation of gastric barrier function and infection models.
- Supports risk-adjusted advancement decisions by clarifying mechanistic underpinnings of candidate interventions.
Pipeline & Workflow Integration
This microelectrode-based pH profiling method integrates into the discovery-to-preclinical continuum, bridging early hypothesis testing with translational model validation.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing and pathway clarification in complex organoid systems.
- Screening: Provides reproducible, quantitative pH measurements for assay readiness and standardization.
- Analytics: Delivers high-resolution, real-time readouts to compare experimental conditions and model outputs.
- Translational Research: Connects in vitro findings to preclinical models by aligning with physiological pH gradients and barrier function.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for functional characterization across diverse organoid-based studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in gastric mucosal research.
- Operational Value: Standardizes luminal pH measurement with scalable, reproducible instrumentation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by clarifying functional model outputs.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of discovery and preclinical programs targeting gastric barrier and infection pathways.
Implementation Considerations
- Requires expertise in organoid culture and micromanipulator-controlled microelectrode operation.
- Needs access to calibrated microelectrodes, reference electrodes, and compatible analytical software.
- Demands cross-team standardization of measurement protocols for reproducibility.
- Adaptation may be necessary for different organoid types or luminal environments.
- Spatial resolution and measurement duration are limited by organoid size and electrode stability.
