Sistema Modelo Intestinal Tridimensional Básico (3D) com um Componente Imunológico
1 de setembro de 2023
Aqui descrevemos a construção de um sistema básico de linhagem celular intestinal tridimensional (3D) e um protocolo de inclusão em parafina para avaliação microscópica de luz de equivalentes intestinais fixos. A coloração de proteínas selecionadas permite a análise de múltiplos parâmetros visuais de um único experimento para uso potencial em estudos pré-clínicos de triagem de drogas.
O escopo do trabalho é usar esses modelos de linhagem celular humana tridimensional in vitro para investigar o fato de compostos benéficos e úteis no tecido intestinal. Os modelos podem ser usados para aprofundar o entendimento da pesquisa e também como um modelo básico de medicamento. Usando os compostos derivados de plantas, espermidina e eugenol, separadamente e em conjunto na forma de suplemento, medimos aumentos benéficos na autofagia e diminuições na inflamação usando esses modelos.
Em seguida, também poderemos mostrar o efeito potencialmente prejudicial do glúten extraído de certas variedades de trigo nos tecidos intestinais. Atualmente, estamos usando sistemas in vitro com preços econômicos, padronizados e facilmente repetíveis que refletem melhor a fisiologia do intestino humano como uma alternativa aos modelos animais. Como também usamos linhagem celular humana comercial em vez de células derivadas de plantas, as respostas do estudo são mais aplicáveis à população em geral.
O protocolo é inteiramente baseado no uso de diferentes linhas. Isso torna o modelo mais padronizado e reprodutível. Além disso, o cultivo simultâneo de diferentes linhagens celulares, enterócitos, fibroblastos e células do sistema imunológico permite respostas celulares mais próximas do que acontece no paciente.
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Visão Geral
Este estudo apresenta um sistema modelo tridimensional (3D) de linhagem celular intestinal para investigar os efeitos de diversos compostos na saúde intestinal. Utilizando este modelo, os pesquisadores demonstraram que compostos derivados de plantas, como a espermidina e o eugenol, podem potencializar processos celulares benéficos, enquanto o glúten de variedades específicas de trigo pode prejudicar os tecidos intestinais.
Principais Componentes do Estudo
Área de Pesquisa
- Biologia celular
- Saúde e patologia intestinal
- Triagem de fármacos
Contexto
- Necessidade de sistemas in vitro aprimorados que reflitam a fisiologia humana.
- Dificuldades associadas aos modelos animais tradicionais.
- Importância de modelos padronizados e reprodutíveis.
Métodos Utilizados
- Cocultura tridimensional de linhagens celulares de enterócitos, fibroblastos e células imunes.
- Avaliação das respostas celulares a tratamentos.
- Inclusão em parafina para análise histológica.
Resultados Principais
- Aumento da autofagia e da inflamação com compostos vegetais.
- Redução da espessura da camada epitelial e desorganização do monolayer celular com alto teor de glúten.
- Ativação e diferenciação de monócitos quando expostos ao glúten.
Conclusões
- O estudo fornece um modelo in vitro confiável para investigar as respostas intestinais a componentes da dieta.
- Os achados são relevantes para compreender os impactos da dieta na saúde intestinal humana.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
Modelos intestinais tridimensionais com componentes imunológicos atendem à necessidade de sistemas fisiologicamente relevantes e reprodutíveis na descoberta precoce de fármacos e na triagem de toxicidade. Este modelo permite a avaliação quantitativa da integridade da barreira, ativação imunológica e respostas teciduais a compostos benéficos e prejudiciais, apoiando a confiança preditiva na avaliação pré-clínica. Seu design padronizado e baseado em células facilita a continuidade translacional e reduz a dependência de modelos animais, alinhando-se às prioridades de P&D empresarial.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação de hipóteses terapêuticas relacionadas à inflamação intestinal e função de barreira.
- Apoia a desmistificação biológica ao modelar interações imune-epiteliais em um sistema controlado.
- Facilita a validação funcional de alvos por meio de leituras quantificáveis da integridade epitelial e ativação imune.
- Oferece confiança preditiva para triagem de compostos em portfólios de estágios iniciais.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Prepara sistemas intestinais 3D validados para fluxos de trabalho de triagem de compostos posteriores.
- Fornece saídas padronizadas, reprodutíveis e quantitativas, como espessura da monocamada e expressão de proteínas de junções apertadas.
- Permite a avaliação confiável de agentes pró-inflamatórios e anti-inflamatórios.
- Oferece suporte à escalabilidade e reutilização da plataforma para iniciativas de triagem de alto rendimento.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha-se com mecanismos relevantes à doença ao modelar respostas intestinais mediadas pelo sistema imunológico.
- Proporciona continuidade do descobrimento à validação pré-clínica da integridade da barreira e modulação imunológica.
- Permite decisões de avanço ajustadas ao risco, com base em desfechos quantificáveis e clinicamente relevantes.
- Apoia a redução de riscos mecanicistas para compostos direcionados à inflamação intestinal ou disfunção da barreira.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este sistema de modelo intestinal 3D integra-se à continuidade entre descoberta e pré-clínico, apoiando tanto a validação de alvos quanto a identificação de compostos líderes para substâncias que afetam a saúde intestinal.
- Biologia da Descoberta: Facilita testes de hipóteses sobre interações imune-epiteliais e ruptura da barreira.
- Triagem: Fornece sistemas prontos para ensaios, reprodutíveis, com saídas quantitativas histológicas e imunológicas.
- Análises: Permite a medição da espessura do monocamada, níveis de proteínas de junções apertadas e ativação de células imunes para análise comparativa.
- Pesquisa Translacional: Modela respostas relevantes à doença, apoiando o alinhamento de biomarcadores e a continuidade pré-clínica.
- Reutilização Empresarial: Oferece uma plataforma padronizada e reutilizável para avaliação de diversos compostos e estudos mecanicistas.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na modelagem de doenças intestinais.
- Valor Operacional: Oferece fluxos de trabalho padronizados, reprodutíveis e escaláveis para equipes multifuncionais.
- Valor Estratégico: Melhora a tomada de decisões de avanço ou interrupção de projetos e a eficiência do capital ao fornecer dados pré-clínicos robustos.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização e o avanço ajustados ao risco de candidatos voltados à saúde intestinal.
Considerações de Implementação
- Requer experiência em cultura celular tridimensional, imuno-histoquímica e análise quantitativa de imagens.
- Necessita de acesso a instalações de cultura celular, equipamentos de histologia e infraestrutura analítica para quantificação de citocinas e proteínas.
- Exige padronização entre equipes dos protocolos para reprodutibilidade e comparabilidade dos dados.
- Adaptável a diversas classes de compostos, mas pode exigir otimização para modelos de doenças ou desfechos específicos.
- As limitações incluem a complexidade do modelo e possíveis diferenças em relação às respostas de tecidos humanos in vivo.
Perguntas Frequentes sobre Biotecnologia Farmacêutica
Chapters in this video
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Introduction
1:32
Preparation of the Basic 3D Reconstructed Intestinal Mucosa Model for Microscopic Evaluation of Fixed Intestinal Equivalents
5:07
Paraffin Embedding of Basic 3D Reconstructed Intestinal Mucosa Model for Immune‐Histochemical Staining
