Modelo Intestino em Chip Imunocompetente para Análise das Respostas Imunes da Mucosa Intestinal
24 de maio de 2024
Nosso protocolo detalhado descreve a criação e o uso do modelo avançado de intestino em chip, que simula a mucosa intestinal humana com estruturas 3D e vários tipos de células, permitindo uma análise aprofundada das respostas imunes e funções celulares em resposta à colonização microbiana.
Nossa pesquisa se concentra no desenvolvimento e uso de plataformas imunocompetentes de órgãos em chip. Ao criar esses modelos in vitro humanizados e fisiologicamente relevantes, podemos estudar a complexa interação patógeno-hospedeiro. O conhecimento que criamos pode ser usado para manipular e identificar alvos moleculares para a terapia de doenças infecciosas.
Um dos principais desafios é manter uma microbiota viva sob condições homeostáticas ao lado do tecido hospedeiro in vitro. Isso inclui replicar a topografia 3D organotípica de estruturas de criptas e vilosidades e sua colonização microbiana. As plataformas de intestino em chip abordam isso usando o fluxo para moldar as estruturas organotípicas e evitar o crescimento excessivo de bactérias.
Isso garante condições de cultura estáveis. Em comparação com outras plataformas de intestino em chip disponíveis, nosso modelo permite o estudo detalhado da resposta imune humana a patógenos devido à inclusão de células imunes residentes no tecido primário. Além disso, o tamanho do modelo permite várias leituras em um único experimento, reduzindo o custo geral e o número de experimentos.
Nosso laboratório está se concentrando no uso de células-tronco pluripotentes induzidas para desenvolver sistemas autólogos que permitem a medicina personalizada.
Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo detalhado para o desenvolvimento de um modelo avançado de intestino-organoides em chip que simula a mucosa intestinal humana. O modelo incorpora estruturas tridimensionais e diversos tipos celulares, facilitando a análise de respostas imunes e funções celulares em relação à colonização microbiana.
Principais Componentes do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Biologia
- Micrbiologia
Antecedentes
- Desenvolvimento de plataformas de órgãos em chip imunocompetentes.
- Importância do estudo das interações entre hospedeiro e patógeno.
- Dificuldades na manutenção de microbiota viva in vitro.
- Necessidade de replicar estruturas tridimensionais organotípicas.
Objetivo do Estudo
- Criar modelos humanizados in vitro fisiologicamente relevantes.
- Analisar respostas imunes à colonização microbiana.
- Identificar alvos moleculares para a terapia de doenças infecciosas.
Métodos Utilizados
- Criação de plataformas de intestino-em-um-chip.
- Uso de fluxo para moldar estruturas organotípicas.
- Manutenção de condições homeostáticas para microbiota.
- Análise aprofundada de funções celulares.
Resultados Principais
- Simulação bem-sucedida da mucosa intestinal humana.
- Melhor compreensão das respostas imunes.
- Conhecimentos sobre os efeitos da colonização microbiana.
- Aplicações potenciais na identificação de alvos terapêuticos.
Conclusões
- O modelo de intestino-em-um-chip é uma ferramenta valiosa para a pesquisa.
- Ele permite o estudo de interações complexas em um ambiente controlado.
- Estudos futuros podem aproveitar este modelo para pesquisas sobre doenças infecciosas.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
O modelo de intestino-organoides com sistema imunológico funcional permite uma análise de alta fidelidade das respostas imunes da mucosa intestinal em condições fisiologicamente relevantes, preenchendo uma lacuna crítica na descoberta pré-clínica. Ao integrar células imunes humanas primárias e apoiar interações complexas entre hospedeiro e microbiota, esta plataforma aumenta a confiança preditiva na validação de alvos e na redução de riscos mecanicistas em pipelines de doenças infecciosas e inflamatórias. Seus leitores funcionais multiplexados e compatibilidade com imagens avançadas posicionam-no como um recurso reutilizável para pesquisa translacional e triagem de portfólios.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Permite a investigação de hipóteses terapêuticas envolvendo imunidade da mucosa intestinal e interações hospedeiro-patógeno.
- Apoia a desmistificação biológica ao modelar respostas de células imunes residentes no tecido à colonização microbiana.
- Facilita a validação funcional de alvos por meio de leituras quantitativas, como liberação de citocinas e infiltração de células imunes.
- Aprimora a confiança preditiva para o avanço de alvos implicados na função da barreira intestinal e na modulação imune.
Triagem e Desenvolvimento de Ensaios
- Oferece um sistema organotípico validado para avaliação padronizada dos efeitos de compostos na integridade epitelial e na ativação imune.
- Fornece resultados reprodutíveis e multiplexados, incluindo ensaios de permeação e métricas de diferenciação celular baseadas em imunofluorescência.
- Permite triagem escalonável de moléculas candidatas ou biológicos em um microambiente fisiologicamente relevante.
- Apoia avaliação confiável de intervenções direcionadas a vias hospedeiro-microbiota ou imunes.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Alinha-se com mecanismos relevantes para doenças ao modelar respostas imunes mucosas humanas frente a desafios bacterianos e fúngicos.
- Conecta a descoberta e a validação pré-clínica por meio da continuidade de leituras funcionais e estruturais.
- Facilita decisões de avanço ajustadas ao risco para ativos que visam a homeostase imune intestinal ou infecção.
- Fornece insights mecanicistas que apoiam o desenvolvimento de biomarcadores translacionais.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
Este modelo de intestino-em-chip é adequado desde a descoberta inicial até a identificação de compostos líderes e estudos mecanicistas pré-clínicos, apoiando testes iterativos de hipóteses e priorização de alvos.
- Biologia da Descoberta: Permite testes robustos da hipótese nula de vias de resposta imunológica e função de barreira sob exposição microbiana controlada.
- Triagem: Fornece resultados quantitativos e reprodutíveis para triagem de compostos e padronização de ensaios.
- Análises: Permite medições multiplexadas, incluindo perfilagem de citocinas, infiltração de células imunes e integridade epitelial.
- Pesquisa Translacional: Oferece uma plataforma para alinhar achados in vitro com biomarcadores relevantes para doenças e pontos finais pré-clínicos.
- Reutilização Corporativa: Funciona como um sistema modular e escalável, adaptável a diversos programas de P&D relacionados ao intestino.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva e reduz a ambiguidade mecanicista na validação de alvos imunológicos intestinais.
- Valor Operacional: Padroniza fluxos de trabalho complexos de co-cultivo e permite a geração de dados reprodutíveis e multiplexados.
- Valor Estratégico: Melhora a qualidade das decisões de avanço ou interrupção de projetos e a eficiência do capital ao reduzir riscos biológicos em estágios avançados.
- Impacto na Carteira: Apoia a priorização e o avanço ajustados ao risco de ativos que visam a imunidade intestinal ou infecções.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência no manuseio de biochips microfluídicos e técnicas avançadas de cultivo celular.
- Exige acesso a infraestrutura de imagem por imunofluorescência e análise multiplexada.
- Necessita padronização entre equipes para garantir reprodutibilidade e comparabilidade dos dados.
- A adaptação a diferentes fontes de células imunes ou espécies microbianas pode exigir otimização do protocolo.
- A complexidade do modelo e a manutenção de microbiota homeostática apresentam limitações práticas para uso em alto rendimento.
Perguntas Frequentes sobre Biotecnologia Farmacêutica
Chapters in this video
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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
