Wykorzystanie matryc wieloelektrodowych do pomiaru fizjologii synaptycznej w sferach kokultury 3D

Znaczenie dla przemysłu

Metoda ta umożliwia fizjologicznie istotne modelowanie sieci neuronowych poprzez połączenie neuronów i astrocytów pochodzących z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych w trójwymiarowych sferach kokultury z elektrofizjologią za pomocą macierzy wieloelektrodowej. Wspiera ona walidację celów oraz ograniczanie ryzyka mechanistycznego w procesie odkrywania leków w neuronauce, zapewniając ilościowe i powtarzalne odczyty aktywności synaptycznej oraz dynamiki wyładowań sieciowych. Podejście to stanowi pomost między redukcjonistycznymi monowarstwami a złożonością in vivo, zwiększając pewność prognostyczną w zakresie modulacji szlaków OUN.

Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym

Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu

• Wartość naukowa: Weryfikuje hipotezy terapeutyczne dotyczące fizjologii synaptycznej oraz oddziaływań neuron-glej w odpowiednim dla człowieka modelu 3D.
• Wartość operacyjna: Umożliwia funkcjonalną walidację celu poprzez bezpośredni pomiar aktywności seryjnych wyładowań sieci oraz komunikacji synaptycznej.
• Wartość prognostyczna: Wspiera selekcję projektów w portfolio poprzez dostarczenie elektrofizjologicznych biomarkerów dojrzewania i stabilności obwodów neuronalnych.

Przesiewanie i opracowanie testów

• Gotowość do analizy: Przygotowuje walidowane systemy biologiczne do przesiewania związków z wykorzystaniem zestandaryzowanych odczytów elektrofizjologicznych opartych na MEA.
• Wyniki ilościowe: Dostarcza powtarzalne pomiary potencjałów polowych i impulsów (spike) z wielu elektrod, umożliwiając analizę zależności dawka-odpowiedź oraz wielkości efektu.
• Skalowalność przesiewania: Wspiera średnioprzepustową ocenę związków dzięki zautomatyzowanym platformom MEA i stabilnej adhezji 3D kokultur.

Badania translacyjne i przedkliniczne

• Znaczenie chorobowe: Modelowanie ludzkich mikroukładów neuronalnych w celu badania dysfunkcji synaptycznych w zaburzeniach neuropsychiatrycznych i neurodegeneracyjnych.
• Ciągłość translacyjna: Połączenie fenotypów komórkowych pochodzących z iPSC z przedklinicznymi odczytami na poziomie sieci w celu oceny celów terapeutycznych w oparciu o mechanizm działania.
• Mechanistyczne ograniczanie ryzyka: Zmniejszenie niejednoznaczności w zakresie oddziaływania na cel poprzez powiązanie perturbacji molekularnych z wyłaniającą się elektrofizjologią sieci.

Integracja rurociągów i przepływów pracy

Metoda ta integruje się z wczesnymi etapami procesów odkrywania leków, następując po identyfikacji celu i poprzedzając optymalizację związku wiodącego, zapewniając elektrofizjologiczną walidację modulacji celu w ludzkim układzie neuronalnym istotnym dla danej jednostki chorobowej.

• Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących celów synaptycznych i wyjaśnianie szlaków poprzez bezpośredni pomiar dynamiki sieci neuronalnych.
• Przesiewanie: Umożliwia standaryzację i powtarzalność testów w celu profilowania efektów związków na elektrodach MEA.
• Analityka: Generuje ilościowe pomiary zmiennych zależnych (częstotliwość wyładowań, częstotliwość serii wyładowań, synchronizacja) do analizy porównawczej warunków.
• Badania translacyjne: Łączy oddziaływanie na cele komórkowe z funkcjonalnymi wynikami na poziomie sieci, wspierając dopasowanie biomarkerów.
• Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy wielokrotnego użytku platformę elektrofizjologiczną do iteracyjnej walidacji celów w różnych wskazaniach neurologicznych.

Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy

• Wartość naukowa: Zwiększa pewność predykcyjną w walidacji celu poprzez zmniejszenie niejednoznaczności mechanistycznej w modulacji obwodów neuronalnych.
• Wartość operacyjna: Poprawia powtarzalność i standaryzację dzięki zdefiniowanym protokołom powlekania, wysiewania i rejestracji.
• Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go poprzez wczesną elektrofizjologiczną redukcję ryzyka w odniesieniu do celów w OUN.
• Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację skorygowaną o ryzyko w oparciu o ilościowe odczyty fizjologii synaptycznej.

Wskazówki dotyczące wdrożenia

• Wymaga doświadczenia w zakresie różnicowania komórek macierzystych, hodowli 3D oraz elektrofizjologii.
• Zależy od systemów MEA, głowic z kontrolą temperatury oraz oprogramowania do akwizycji sygnałów.
• Wymaga standaryzacji wielkości sfer, ich składu oraz czasu adhezji pomiędzy poszczególnymi partiami produkcyjnymi.
• Wiąże się z koniecznością dostosowania metod do specyficznych dla danej choroby podtypów neuronów i tła genetycznego.
• Jest ograniczone przez zmienność między sferami w zakresie dojrzałości elektrofizjologicznej oraz stosunku sygnału do szumu.

Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji