Multi-орган Chip - Микрожидкостных Платформа для долгосрочных Multi-ткани сокультивирования
28 апреля 2015 г.
32.3K просмотров
Здесь мы представляем протокол совместного культивирования первичных клеток, моделей тканей и пункционных биопсий в микрофлюидном мультиорганном чипе на срок до 28 дней. Клетки дермального микрососудистого эндотелия человека, агрегаты печени и биопсия кожи были успешно объединены в общей циркуляции сред.
Обзор
В данной статье представлен протокол совместного культивирования первичных клеток, тканевых моделей и панч-биоптатов с использованием микрофлюидного мультиорганного чипа в течение периода до 28 дней. Подробно описано успешное объединение микрососудистых эндотелиальных клеток дермы человека, агрегатов печени и биоптатов кожи в едином контуре циркуляции среды.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Клеточная биология
- Микрофлюидика
Теоретические сведения
- Микрофлюидные системы позволяют интегрировать несколько органных систем.
- Методы совместного культивирования могут расширить возможности изучения клеточных взаимодействий.
- Поддержание жизнеспособности и функциональности клеток в течение длительного времени имеет решающее значение.
- В данном исследовании изучается потенциал мультиорганного чипа для длительного культивирования.
Цель исследования
- Разработать надежный протокол совместного культивирования различных типов клеток.
- Изучить взаимодействия между эндотелиальными клетками и моделями тканей.
- Оценить жизнеспособность клеток в микрофлюидной среде с течением времени.
Используемые методы
- Проектирование и изготовление микрофлюидного чипа.
- Выделение первичных микрососудистых эндотелиальных клеток дермы человека.
- Подготовка агрегатов печени и биоптатов кожи.
- Организация общей циркуляции среды для кокультивирования.
Основные результаты
- Успешное совместное культивирование эндотелиальных клеток, агрегатов печени и биоптатов кожи.
- Жизнеспособность клеток сохранялась до 28 дней.
- Наблюдение за клеточными взаимодействиями в микрофлюидной среде.
- Потенциальные возможности применения в тестировании лекарственных препаратов и моделировании заболеваний.
Выводы
- Микрофлюидный многоорганный чип эффективен для долгосрочного совместного культивирования.
- Данный подход может способствовать изучению сложных клеточных взаимодействий.
- Будущие исследования могут расширить области применения этой технологии.
Часто задаваемые вопросы
Что такое микрофлюидный мультиорганный чип?
Микрофлюидный мультиорганный чип представляет собой устройство, позволяющее одновременно культивировать несколько типов клеток в контролируемой среде.
Как долго можно культивировать клетки в этой системе?
Клетки могут культивироваться в микрофлюидном мультиорганном чипе до 28 дней.
Какие типы клеток использовались в данном исследовании?
В исследовании использовались микрососудистые эндотелиальные клетки дермы человека, агрегаты печени и биоптаты кожи.
Каковы потенциальные области применения данного исследования?
Потенциальные области применения включают тестирование лекарственных препаратов и моделирование заболеваний в контролируемой среде.
В чем преимущества использования методов совместного культивирования?
Методы совместного культивирования позволяют глубже понять механизмы клеточных взаимодействий и повысить релевантность моделей in vitro.
Как работает циркуляция среды в чипе?
Циркуляция среды обеспечивает обмен питательных веществ и продуктов жизнедеятельности, поддерживая жизнеспособность и функцию клеток.
Практическая значимость для промышленности
Длительное многотканевое кокультивирование на микрофлюидной платформе отвечает критической потребности в прогностических доклинических моделях, которые более точно отражают межорганные взаимодействия и эффекты хронического воздействия веществ. Обеспечивая стабильный, близкий к физиологическому ток жидкости и многократное введение доз в течение 28 дней, система позволяет проводить механистическую оценку рисков на ранних этапах поиска соединений и повышает достоверность трансляционных данных при оценке гепатотоксичности и дермальной безопасности. Это делает данную технологию многократно используемым инструментом для идентификации перспективных соединений и прогностического моделирования в рамках процесса фармацевтических исследований и разработок.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет исследовать пути межтканевой сигнализации и проводить механистическую оценку рисков при изучении взаимодействий между органами, индуцированных соединениями.
- Практическая ценность: обеспечивает функциональную валидацию мишеней в многоклеточном микроокружении, отражающем физиологическую сложность.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает стандартизированную, воспроизводимую платформу для количественной оценки воздействия веществ в моделях взаимосвязанных тканей.
- Практическая ценность: Позволяет осуществлять масштабируемое долгосрочное совместное культивирование с перфузией среды для многократного воздействия соединений и сбора данных.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Повышает релевантность моделированию заболеваний за счет воссоздания взаимодействий между печенью, кожей и сосудами человека в контролируемой перфузионной системе.
- Практическая ценность: Обеспечивает преемственность процесса от этапа открытия до доклинической оценки за счет поддержания функциональности тканей в течение длительных периодов культивирования.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Микрофлюидный мультиорганный чип интегрируется в рабочие процессы раннего этапа разработки лекарств, позволяя проверять гипотезы о специфической токсичности для различных органов и модуляции сигнальных путей в релевантной для человека системе кокультивирования.
- Поиск новых биологических мишеней: Облегчает проверку гипотез о межорганном взаимодействии и влиянии соединений на специфические функции тканей.
- Скрининг: Обеспечивает готовность к проведению анализов за счет стабильных условий перфузируемого сокультивирования, подходящих для скрининга библиотек соединений.
- Аналитика: Позволяет получать количественные данные с временным разрешением из нескольких тканевых компартментов для проведения сравнительного анализа условий.
- Трансляционные исследования: Обеспечивают преемственность доклинических исследований за счет сохранения органотипической архитектуры и функций в течение 28-дневных периодов культивирования.
- Многократное использование в масштабах предприятия: Предлагает многоразовую перфузионную платформу, адаптируемую к различным комбинациям тканей и сериям испытаний соединений.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность за счет снижения механистической неопределенности в процессах межорганного взаимодействия и ответа на воздействие веществ.
- Операционная ценность: Обеспечивает стандартизацию, воспроизводимость и масштабируемость долгосрочного многоклеточного совместного культивирования в условиях контролируемого потока.
- Стратегическая ценность: Способствует принятию более обоснованных решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) за счет более раннего выявления органоспецифических рисков, что снижает вероятность неудач на поздних стадиях.
- Влияние на портфель: Позволяет проводить приоритизацию кандидатов с учетом рисков на основе показателей переносимости в различных тканях и функциональных данных.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с микрофлюидными системами, первичными клетками и подготовкой тканевых моделей.
- Зависит от наличия оборудования, совместимого с перфузией, систем стерильного перемещения жидкостей и инфраструктуры для мониторинга в реальном времени.
- Необходима межкомандная стандартизация составов сред, скоростей потока и протоколов отбора проб для получения воспроизводимых результатов.
- Требуется адаптация методов при интеграции различных первичных тканей или биоптатов с разными требованиями к культивированию.
- Ограничено необходимостью специализированного изготовления и валидации конструкций чипов для поддержания физиологического напряжения сдвига и объемных соотношений.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Почему долгосрочное культивирование важно для исследований по валидации мишени?
Длительное культивирование позволяет проводить многократное воздействие веществ и наблюдать отложенные или кумулятивные токсические эффекты, что имеет решающее значение для валидации мишеней в моделях хронических заболеваний. Система поддерживает жизнеспособность кокультуры до 28 дней, что позволяет оценивать устойчивое взаимодействие с мишенью и органоспецифические ответы с течением времени. Такая продолжительность повышает прогностическую достоверность за счет имитации режимов дозирования для человека и выявления поздно развивающихся межорганных взаимодействий, которые не фиксируются при краткосрочных анализах.
Как изоляция независимых переменных повышает эффективность конвейера открытий?
Микрофлюидный дизайн обеспечивает точный контроль потока жидкости, состава среды и расположения тканей, что позволяет изолировать такие переменные, как напряжение сдвига или концентрация соединений. Такой контроль уменьшает количество вмешивающихся факторов в экспериментах с кокультурами, повышая достоверность данных для валидации мишеней и оптимизации ведущих соединений. Стандартизация этих параметров позволяет исследовательским группам сравнивать условия в различных экспериментах с более высокой воспроизводимостью и меньшим количеством ложноположительных результатов.
Какие количественные измерения зависимых переменных позволяет проводить данная система?
Платформа поддерживает количественные показатели, такие как секреция метаболитов, активность ферментов, целостность барьера и маркеры жизнеспособности для каждого тканевого компартмента. Эти измерения позволяют проводить моделирование зависимости «доза — ответ» и кинетический анализ воздействия веществ на взаимосвязанные ткани. Временное разрешение при отборе проб с помощью системы перфузии обеспечивает лонгитюдное отслеживание функциональных изменений, что способствует пониманию механизмов действия и оценке запаса безопасности.
Почему требования к репликации имеют важное значение для кросс-функционального взаимодействия?
Репликация гарантирует, что наблюдаемые реакции тканей являются стабильными и не обусловлены стохастической вариабельностью при посеве клеток или подготовке чипа. Стандартизированные протоколы формирования печеночных агрегатов, размещения биоптата кожи и посева эндотелия позволяют группам по токсикологии, DMPK и биологии получать сопоставимые данные. Такая согласованность способствует совместной интерпретации результатов и единому пониманию критериев принятия решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) в многопрофильных проектных группах.
Какие возможности статистического анализа потребуются перед внедрением данной системы?
Реализация требует возможности проведения лонгитюдного анализа данных, включая ANOVA с повторными измерениями или модели со смешанными эффектами, чтобы учесть временные корреляции в показателях перфузии. Команды также должны применять поправку на множественные сравнения при оценке нескольких конечных точек в тканях или различных временных точек. Эти возможности гарантируют, что наблюдаемые различия статистически достоверны и не обусловлены шумом, что обеспечивает уверенность при принятии решений в ходе доклинической оценки.
