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 разрабатывается 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 предрасположенность пациентов к данному состоянию.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Клеточная биология
- Тканевая инженерия
Теоретические сведения
- Понимание механизмов работы гематоэнцефалического барьера имеет решающее значение для изучения неврологических заболеваний.
- Современные проблемы включают вопросы воспроизводимости и стандартизации в технологии чипов на органах.
- Устройства MicroSIM предлагают инновационные решения для моделирования in vitro.
- Влияние воспаления на целостность барьера является ключевой областью исследований.
Цель исследования
- Создать надежную модель для изучения динамики гематоэнцефалического барьера.
- Исследовать влияние системного воспаления на состояние головного мозга.
- Оценить роль 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 эффективность условий культивирования клеток.
- Было показано, что воспаление изменяет выработку матриксных белков.
- Для эффективного совместного культивирования были определены оптимальные плотности посева.
- 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 за счет включения астроцитов и микроглии.
- Данная работа может способствовать более глубокому пониманию влияния системного воспаления на головной мозг.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Платформа для моделирования барьерных тканей microSiM (µSiM) позволяет осуществлять усовершенствованное моделирование гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) с использованием визуализации живых клеток и прямой количественной оценки проницаемости. Данная возможность решает 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 трансляционных нейробиологических исследований.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать целостность ГЭБ и клеточные взаимодействия в условиях, имитирующих патологические процессы.
- Способствует снижению механистических рисков за счет возможности прямой оценки динамики матриксных белков и барьерной функции.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней с помощью количественных анализов проницаемости и методов иммунофлуоресцентного анализа.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную модульную систему для воспроизводимого создания модели ГЭБ в различных лабораториях.
- Предоставляет количественные данные по проницаемости и иммуноокрашиванию, что способствует разработке и оптимизации анализа.
- Позволяет проводить визуализацию с высоким разрешением и получать прямые результаты без экстракции мембраны, упрощая интеграцию рабочего процесса.
Трансляционные и доклинические исследования
- Моделирует ГЭБ человека с использованием как первичных клеток, так и клеток, полученных из hiPSC, что повышает релевантность для изучения заболеваний и трансляционную преемственность.
- Позволяет исследовать генетические и воспалительные факторы, влияющие на функцию ГЭБ, что способствует согласованию биомаркеров.
- Облегчает принятие решений о продвижении исследований с учетом рисков, предоставляя надежные и воспроизводимые данные о барьерной функции.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Платформа microSiM подходит для всех этапов: от раннего поиска до доклинической валидации, обеспечивая 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: Обеспечивает воспроизводимые количественные данные по проницаемости и иммунофлуоресценции для оценки соединений.
- Аналитика: Позволяет напрямую измерять барьерную функцию и целостность клеточного слоя, что способствует сравнению различных условий.
- Трансляционные исследования: Соответствует моделям заболеваний человека за счет использования кокультур первичных клеток и клеток, полученных из hiPSC.
- Корпоративное использование: Предлагает модульную стандартизированную платформу, адаптируемую к различным потребностям в области исследований и скрининга ГЭБ.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает достоверность прогнозов 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 повышает эффективность использования капитала за счет предоставления надежных количественных данных.
- Влияние на портфель: обеспечивает приоритизацию с учетом рисков и продвижение активов, нацеленных на ЦНС.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с культурами клеток, иммуноокрашиванием и конфокальной микроскопией.
- Необходим доступ к устройствам microSiM, инфраструктуре биологической безопасности 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 клеточных моделей, полученных из hiPSC, что расширяет область его применения.
- Результат зависит от тщательной оптимизации плотности посева и длительности культивирования для созревания барьера.
