Profilering van luminale pH in driedimensionale gastro-intestinale organoïden met behulp van micro-elektroden
5 juli 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 micro-elektroden voor pH-metingen in gastrische organoïden afgeleid van menselijk weefsel, wat spatiotemporele karakterisering van de intraluminale fysiologie mogelijk maakt. De studie heeft tot doel het begrip van gastrische epitheliale reacties op infectie met Helicobacter pylori te verbeteren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Gastroenterologie
- Celbiologie
Achtergrond
- Gastrische organoïden worden gebruikt om het menselijke maagslijmvlies te modelleren.
- Eerdere studies toonden tegenstrijdige resultaten aan met betrekking tot zuursecreterende pariëtale cellen.
- Het begrijpen van de micro-omgeving binnen organoïden is cruciaal voor het bestuderen van de gastrische fysiologie.
- Micro-elektroden bieden een nieuwe methode voor nauwkeurige pH-meting.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een betrouwbare methode voor het meten van de intraluminale pH in gastrische organoïden.
- Het bestuderen van de rol van de gastrische mucuslaag bij een Helicobacter pylori-infectie.
- Het creëren van een model dat kan leiden tot nieuwe cytoprotectieve behandelingen.
Gebruikte methoden
- Preparatie van humane maagorganoïden.
- Gebruik van micro-elektroden voor pH-meting in real-time.
- Kalibratie van micro-elektroden voor nauwkeurige metingen.
- Registratie van de pH in verschillende regio's van de organoïden.
Belangrijkste resultaten
- Menselijke gastrische organoïden behouden een bijna neutrale pH in afwezigheid van specifieke protocollen.
- Micro-elektroden maken nauwkeurige pH-metingen en ruimtelijke resolutie mogelijk.
- Variatie in de luminale pH werd waargenomen over meerdere organoïden.
- De methode kan worden aangepast aan diverse onderzoeksbehoeften.
Conclusies
- De methode op basis van micro-elektroden is effectief voor het bestuderen van de fysiologie van gastrische organoïden.
- Inzicht in de pH-dynamiek kan bijdragen aan behandelstrategieën voor gastrische infecties.
- Deze benadering vergroot het potentieel voor de ontwikkeling van nieuwe therapeutische interventies.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor leidinggevenden
Kwantitatieve profilering van de luminale pH in 3D gastro-intestinale organoïden met behulp van micro-elektroden maakt een nauwkeurige functionele karakterisering van ziekterelevante weefselmodellen mogelijk. Deze mogelijkheid ondersteunt het voorspellend vertrouwen bij vroege ontdekking en targetvalidatie voor de biologie van het maagslijmvlies, in het bijzonder bij studies naar infecties en barrièrefuncties. Betrouwbare intraluminale metingen faciliteren translationele continuïteit van de ontdekkingsfase tot de ontwikkeling van preklinische modellen in biopharma R&D-portfolio's.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt het mogelijk om hypothesen over epitheliale en barrièrefuncties te onderzoeken in fysiologisch relevante organoidsystemen.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door directe, kwantitatieve meetwaarden van veranderingen in de luminale micro-omgeving te leveren.
- Faciliteert functionele targetvalidatie voor signaalpaden die betrokken zijn bij maaginfecties en mucosale afweer.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Bereidt gevalideerde organoïde-modellen voor voor downstream compound-screening en mechanistische studies.
- Levert gestandaardiseerde, reproduceerbare en kwantitatieve pH-uitvoer voor assay-ontwikkeling.
- Maakt monitoring van luminale omstandigheden in realtime en met een hoge resolutie mogelijk ter ondersteuning van een betrouwbare evaluatie van compounds.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt de resultaten van organoïde-modellen uit met ziekterelevante fysiologische parameters voor de ontwikkeling van translationele biomarkers.
- Biedt continuïteit van in vitro ontdekking naar preklinische validatie van de gastrische barrièrefunctie en infectiemodellen.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door de mechanistische basis van kandidaat-interventies te verduidelijken.
Pipeline- & Workflowintegratie
Deze op micro-elektroden gebaseerde methode voor pH-profilering is geïntegreerd in het continuüm van ontdekking tot preklinisch onderzoek en slaat een brug tussen vroege hypothese-testen en de validatie van translationele modellen.
- Ontdekkingsbiologie: Maakt hypothesetests en pathway-verduidelijking mogelijk in complexe organoïdensystemen.
- Screening: Biedt reproduceerbare, kwantitatieve pH-metingen voor assay-gereedheid en standaardisatie.
- Analytica: Levert read-outs met een hoge resolutie in real-time om experimentele condities en modeloutputs te vergelijken.
- Translationeel onderzoek: Verbindt in vitro bevindingen met preklinische modellen door afstemming op fysiologische pH-gradiënten en barrièrefuncties.
- Bedrijfsvoering en hergebruik: Vestigt een herbruikbaar platform voor functionele karakterisering in diverse op organoïden gebaseerde studies.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in onderzoek naar het maagslijmvlies.
- Operationele waarde: Standaardiseert de meting van de luminale pH met schaalbare, reproduceerbare instrumentatie.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiëntie door functionele modeloutputs te verduidelijken.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering mogelijk van discovery- en preklinische programma's die gericht zijn op de maagbarrière en infectiepaden.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in organoïdenkweek en het gebruik van micro-elektroden onder controle van een micromanipulator.
- Toegang tot gekalibreerde micro-elektroden, referentie-elektroden en compatibele analysesoftware is noodzakelijk.
- Standaardisatie van meetprotocollen tussen teams is vereist voor reproduceerbaarheid.
- Aanpassingen kunnen noodzakelijk zijn voor verschillende typen organoïden of luminale omgevingen.
- De ruimtelijke resolutie en meetduur worden beperkt door de grootte van de organoïde en de stabiliteit van de elektrode.
