Простое создание васкуляризированной остеогенной ниши костного мозга с использованием предварительно изготовленных гидрогелей из полиэтиленгликоля (ПЭГ) в микропланшете для визуализации
19 мая 2023 г.
Модель сосудистой ниши костного мозга in vitro создается путем посева мезенхимальных и эндотелиальных клеток на предварительно отлитые 3D-гидрогели ПЭГ. Эндотелиальные сети, компоненты ECM и активность ALP в нишах варьируются в зависимости от используемого фактора роста. Платформа может быть использована для продвинутых моделей рака.
В большинстве исследований васкуляризации in vitro используются матрицы естественного происхождения. Несмотря на то, что они, как правило, очень чувствительны к биологическим процессам, присущая им биологическая активность усложняет изучение влияний отдельных параметров. Здесь мы можем выборочно добавлять интересующих нас игроков и оценивать, как меняется система.
Последовательный посев клеток на наших синтетических гидрогелях из чистого листа позволяет формировать четко определенные ниши. Здесь hBMMS колонизируют гидрогели и откладывают присущий им внеклеточный матрикс. Это обеспечивает субстрат для впоследствии засеянных эндотелиальных клеток.
Эта функция обычно не встречается в других 3D-моделях in vitro. Возможность последовательного добавления различных типов клеток позволяет создавать высокопроизводительные совместимые модели in vitro с большой сложностью. Эти модели могут быть адаптированы для создания более специфических остеогенных васкуляризированных ниш и для исследования функций клеточных и молекулярных игроков.
Обзор
Это исследование устанавливает in vitro модель сосудистой ниши костного мозга с использованием 3D PEG гидрогелев. Модель позволяет последовательное высевание мезенхимальных и эндотелиальных клеток, что обеспечивает исследование клеточных взаимодействий и влияния факторов роста на развитие ниши.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Клеточная биология
- Тканевая инженерия
Фон
- Традиционные in vitro модели часто используют матрицы натурального происхождения, усложняющие изучение специфических параметров.
- Синтетические гидрогелевые матрицы обеспечивают контролируемую среду для высева клеток.
- Последовательное добавление клеток позволяет создавать сложные модели, совместимые с высокой пропускной способностью.
- Эти модели могут быть адаптированы для изучения остеогенных сосудистых ниш.
Цель исследования
- Разработать синтетическую in vitro модель для изучения сосудистых ниш костного мозга.
- Оценить влияние различных факторов роста на формирование эндотелиальной сети.
- Обеспечить высокопроизводительный эксперимент с определенными клеточными взаимодействиями.
Используемые методы
- Высеивание hBM-MSCs и GFP-HUVECs на PEG гидрогелевые матрицы.
- Мониторинг развития культур клеток с использованием светлопольного и флуоресцентного микроскопов.
- Количественный анализ параметров эндотелиальной сети с использованием анализа ImageJ.
- Оценка влияния факторов роста на поведение клеток и формирование сети.
Основные результаты
- Эндотелиальные сети образовывались более обширно в присутствии FGF-2 по сравнению с BMP-2.
- Была замечена более высокая взаимосвязь при использовании факторов роста по сравнению с их отсутствием.
- Количественный анализ показал существенные различия в длине сети и числе разветвлений в зависимости от наличия факторов роста.
- Модель успешно продемонстрировала способность создавать определенные сосудистые ниши.
Выводы
- Разработанная модель является ценным инструментом для изучения сосудистых ниш костного мозга.
- Последовательное высеивание клеток увеличивает сложность in vitro исследований.
- Факторы роста значительно влияют на развитие эндотелиальной сети.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Establishing a vascularized osteogenic bone marrow niche in a high-throughput, imaging-compatible format addresses a critical gap in preclinical drug discovery. This 3D PEG hydrogel platform enables controlled interrogation of cellular and molecular interactions relevant to bone and marrow biology, supporting predictive confidence in early-stage oncology and bone disease pipelines. Its reproducibility and quantifiability facilitate robust target validation and mechanistic de-risking for portfolio advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise manipulation of cellular and matrix components for hypothesis-driven target validation.
- Supports mechanistic de-risking by isolating effects of growth factors and cell types on vascular niche formation.
- Facilitates functional assessment of osteogenic and angiogenic pathways in a disease-relevant 3D context.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, reproducible 3D co-culture system compatible with high-content imaging and quantification.
- Allows for robust, quantitative measurement of vascular network parameters and osteogenic differentiation markers.
- Enables scalable, automation-ready workflows for compound screening and phenotypic assays.
Translational & Preclinical Research
- Models the human bone marrow microenvironment for translational studies of cancer cell interactions and metastasis.
- Aligns with biomarker-driven approaches by quantifying ALP activity and vascular network metrics.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by bridging 2D in vitro and in vivo models.
Pipeline & Workflow Integration
This platform integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, quantitative screening, and translational modeling within a single, reusable system.
- Discovery Biology: Permits isolation and testing of specific growth factors or cell types to clarify pathway roles.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts for vascular and osteogenic endpoints suitable for high-throughput analysis.
- Analytics: Supports automated image analysis and normalization for robust cross-condition comparisons.
- Translational Research: Provides a human-relevant model for studying cancer-bone marrow niche interactions.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, adaptable platform for diverse R&D programs targeting bone, marrow, or metastatic disease.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces biological ambiguity in target and pathway validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability for multi-site and cross-functional teams.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by providing robust, quantifiable data early in the pipeline.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of candidates with validated mechanistic underpinnings.
Implementation Considerations
- Requires expertise in 3D cell culture, imaging, and quantitative image analysis.
- Needs access to fluorescence microscopy, plate readers, and compatible analytical software (e.g., ImageJ).
- Demands cross-team standardization of cell sourcing, matrix preparation, and quantification protocols.
- Adaptable to various cell types and growth factor conditions for disease-specific modeling.
- Limitations include the need for careful normalization and validation of quantification algorithms across experimental runs.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:04
Establishing the 3D Stromal Monoculture
2:44
Establishing the 3D Stromal‐Endothelial Cell Co‐Culture
4:25
Quantifying the Endothelial Cell Network Formation after the 3D Stromal‐Endothelial Cell Co‐Culture
6:53
Assessing the Osteogenic Differentiation of 3D Stromal‐Endothelial Cells by Monitoring the Alkaline Phosphatase Activity
