Использование барьерной тканевой платформы MicroSiM (μSiM) для моделирования гематоэнцефалического барьера
12 января 2024 г.
В этом отчете представлены протоколы сборки, культивирования клеток и анализов на платформе μSiM для построения моделей гематоэнцефалического барьера.
Мы разрабатываем тканевую модель гематоэнцефалического барьера, чтобы понять влияние сепсиса на мозг и вклад факторов, передающихся через кровь. Использование индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток. Мы планируем оценить вклад генетических факторов в восприимчивость определенных популяций пациентов.
В настоящее время экспериментальными проблемами в сообществе тканевых чипов являются воспроизводимость результатов и внедрение методов сторонними лабораториями. Уникальная конструкция тканевых чипов, малые объемы тканевых чипов и отсутствие стандартных функциональных анализов — все это способствует возникновению этих проблем и часто ограничивает пользователей флуоресцентными анализами в качестве основного результата. Устройства Micro simm предлагают модульную конструкцию для универсального моделирования in vitro, стеклянную светлую поверхность, идеально подходящую для визуализации образа жизни с высоким разрешением, и высококачественную наномембрану ultra syn 100 нанометров, обеспечивающую бесшовные перекрестные помехи растворимого фактора и точные анализы проницаемости.
С помощью микросимма мы увидели, что определенные типы клеток, как правило, производят больше матриксных белков, которые обеспечивают поддерживающий каркас вокруг кровеносных сосудов головного мозга. Теперь мы можем задаться вопросом, заставляет ли воспаление те же самые клетки укрепляться или разрушать свои матрицы, тем самым изменяя целостность барьера. В будущем мы добавим в модель еще один отсек с зелеными клетками, такими как астроциты и микроглия, чтобы изучить, как эти клетки взаимодействуют с гематоэнцефалическим барьером в случаях системного воспаления, такого как сепсис.
Мы также планируем исследовать дополнительные причины системного воспаления, такие как послеоперационный делирий, накладывающийся на деменцию.
Обзор
В данном исследовании разработана модель гематоэнцефалического барьера на чипе для изучения влияния сепсиса на функции мозга. С использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека работа направлена на оценку генетических факторов, влияющих на восприимчивость пациентов.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Клеточная биология
- Тканевая инженерия
Теоретические основы
- Понимание механизмов работы гематоэнцефалического барьера имеет решающее значение для изучения неврологических заболеваний.
- Современные проблемы включают воспроизводимость и стандартизацию технологий тканевых чипов.
- Устройства MicroSIM предлагают инновационные решения для моделирования in vitro.
- Влияние воспаления на целостность барьера является одним из ключевых направлений исследований.
Цель исследования
- Создание надежной модели для изучения динамики гематоэнцефалического барьера.
- Исследование влияния системного воспаления на здоровье головного мозга.
- Оценка роли различных типов клеток в поддержании целостности барьера.
Используемые методы
- Сборка устройств microSIM для культивирования клеток.
- Протоколы посева и инкубации эндотелиальных клеток.
- Методы иммуноокрашивания для визуализации межклеточных взаимодействий.
- Конфокальная микроскопия для получения изображений и анализа барьерных свойств.
Основные результаты
- Устройства MicroSIM продемонстрировали эффективные условия для культивирования клеток.
- Было показано, что воспаление изменяет продукцию матриксных белков.
- Были определены оптимальные плотности посева для эффективного совместного культивирования.
- Наблюдались отчетливые клеточные слои, что свидетельствует об успешной разработке модели.
Выводы
- Платформа microSIM является перспективным инструментом для изучения гематоэнцефалического барьера.
- Будущие исследования расширят данную модель, включив в нее астроциты и микроглию.
- Эта работа может способствовать лучшему пониманию влияния системного воспаления на головной мозг.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Платформа барьерных тканей microSiM (µSiM) обеспечивает возможность расширенного моделирования гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) с использованием визуализации живых клеток и прямой количественной оценки проницаемости. Эта возможность позволяет решить проблемы воспроизводимости и стандартизации в доклинических исследованиях ГЭБ, повышая прогностическую достоверность при поиске лекарственных средств для ЦНС и снижая механистические риски. Совместимость платформы как с первичными клетками, так и с клетками, полученными из hiPSC, делает ее многократно используемым инструментом для портфелей трансляционной нейробиологии.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать целостность ГЭБ и клеточные взаимодействия в условиях, релевантных заболеванию.
- Способствует механистическому снижению рисков, позволяя напрямую оценивать динамику матриксных белков и барьерную функцию.
- Облегчает функциональную валидацию мишеней с помощью количественных тестов на проницаемость и методов иммунофлуоресцентного анализа.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную модульную систему для воспроизводимого создания моделей ГЭБ в различных лабораториях.
- Предоставляет количественные данные по проницаемости и иммуноокрашиванию, что способствует разработке и оптимизации анализа.
- Позволяет проводить визуализацию с высоким разрешением и считывать результаты напрямую без извлечения мембраны, что упрощает интеграцию в рабочий процесс.
Трансляционные и доклинические исследования
- Моделирует ГЭБ человека с использованием как первичных клеток, так и клеток, полученных из хиПСК, что повышает релевантность для изучения заболеваний и обеспечивает трансляционную преемственность.
- Позволяет исследовать генетические и воспалительные факторы, влияющие на функцию ГЭБ, что способствует согласованию биомаркеров.
- Облегчает принятие решений о продвижении проекта с учетом рисков, предоставляя надежные и воспроизводимые данные о барьерной функции.
Интеграция в конвейер и рабочий процесс
Платформа microSiM применима на всех этапах — от раннего поиска до доклинической валидации, что позволяет проводить проверку гипотез, разработку анализов и трансляционные исследования в рамках разработки лекарственных препаратов для ЦНС.
- Фундаментальная биология: Обеспечивает возможность изучения механизмов целостности ГЭБ, ремоделирования матрикса и межклеточного взаимодействия при воспалительных или генетических нарушениях.
- Скрининг: Предоставляет воспроизводимые количественные данные о проницаемости и результаты иммунофлуоресцентного анализа для оценки соединений.
- Аналитика: Позволяет напрямую измерять барьерную функцию и целостность клеточного слоя, что способствует сравнению различных условий эксперимента.
- Трансляционные исследования: Соответствует моделям заболеваний человека благодаря использованию кокультур первичных клеток и клеток, полученных из hiPSC.
- Корпоративное использование: Предлагает модульную стандартизированную платформу, адаптируемую к различным потребностям в исследованиях и скрининге ГЭБ.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неоднозначность в исследованиях ГЭБ.
- Операционная ценность: улучшает воспроизводимость, стандартизацию и масштабируемость в различных исследовательских группах.
- Стратегическая ценность: оптимизирует принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет предоставления надежных количественных данных.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритезацию с учетом рисков и продвижение активов, предназначенных для воздействия на ЦНС.
Особенности реализации
- Требуются навыки работы с культурами клеток, иммуноокрашиванием и конфокальной микроскопией.
- Необходим доступ к устройствам microSiM, инфраструктуре биобезопасности и аналитическому оборудованию.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости анализов проницаемости и визуализации.
- Метод может быть адаптирован как для первичных клеток, так и для моделей на основе хиПСК (hiPSC) для расширения области применения.
- Результат зависит от тщательной оптимизации плотности посева и продолжительности культивирования для созревания барьера.
