Базовая трехмерная (3D) система моделей кишечника с иммунным компонентом
1 сентября 2023 г.
В данной статье мы опишем построение базовой трехмерной (3D) системы моделирования кишечной клеточной линии и протокола встраивания парафина для световой микроскопической оценки фиксированных кишечных эквивалентов. Окрашивание выбранных белков позволяет анализировать несколько визуальных параметров из одного эксперимента для потенциального использования в доклинических скрининговых исследованиях лекарственных средств.
Цель работы состоит в том, чтобы использовать эти трехмерные модели клеточных линий человека in vitro для исследования факта наличия как полезных, так и полезных соединений в тканях кишечника. Эти модели могут быть использованы для дальнейшего понимания исследований, а также в качестве базовой модели лекарственного препарата. Используя соединения растительного происхождения, спермидин и эвгенол, как по отдельности, так и вместе в форме добавок, мы измеряем полезное увеличение аутофагии и уменьшение воспаления с помощью этих моделей.
Тогда мы также сможем показать потенциально вредное влияние глютена, извлеченного из некоторых сортов пшеницы, на ткани кишечника. В настоящее время мы используем экономичные, стандартизированные и легко воспроизводимые системы in vitro, которые лучше отражают физиологию кишечника человека, в качестве альтернативы животным моделям. Поскольку мы также используем коммерческую человеческую клеточную линию, а не клетки растительного происхождения, ответы из исследования более применимы к общей популяции.
Протокол полностью основан на использовании различных линий. Это делает модель наиболее стандартизированной и воспроизводимой. Кроме того, одновременное культивирование различных клеточных линий, энтероцитов, фибробластов и клеток иммунной системы позволяет получить клеточные ответы, которые ближе к тому, что происходит у пациента.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлена система трехмерного (3D) моделирования клеточной линии кишечника для изучения воздействия различных соединений на здоровье кишечника. С помощью этой модели исследователи продемонстрировали, что соединения растительного происхождения, такие как спермидин и эвгенол, могут усиливать полезные клеточные процессы, в то время как глютен из определенных сортов пшеницы может наносить вред тканям кишечника.
Основные компоненты исследования
Область исследования
- Биология клетки
- Здоровье и патология кишечника
- Скрининг лекарственных препаратов
Теоретические основы
- Необходимость в усовершенствованных системах in vitro, отражающих физиологию человека.
- Проблемы, связанные с традиционными моделями на животных.
- Важность стандартизированных и воспроизводимых моделей.
Используемые методы
- Трехмерное совместное культивирование клеточных линий энтероцитов, фибробластов и иммунных клеток.
- Оценка клеточных ответов на проводимое лечение.
- Заливка парафином для гистологического анализа.
Основные результаты
- Повышение уровня аутофагии и воспаления при воздействии растительных соединений.
- Уменьшение толщины эпителиального слоя и нарушение целостности клеточного монослоя при высоком содержании глютена.
- Активация и дифференцировка моноцитов при воздействии глютена.
Выводы
- Данное исследование предоставляет надежную модель in vitro для изучения реакций кишечника на компоненты пищи.
- Полученные результаты имеют значение для понимания влияния диеты на здоровье кишечника человека.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Трехмерные модели кишечника с иммунными компонентами удовлетворяют потребность в физиологически релевантных и воспроизводимых системах для раннего поиска лекарственных средств и скрининга токсичности. Данная модель позволяет количественно оценить целостность барьера, иммунную активацию и тканевый ответ как на полезные, так и на вредные соединения, что повышает прогностическую достоверность доклинической оценки. Ее стандартизированный клеточный дизайн способствует трансляционной преемственности и снижает зависимость от моделей на животных, что соответствует приоритетам корпоративных исследований и разработок.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет проверять терапевтические гипотезы, связанные с воспалением кишечника и функцией барьера.
- Способствует снижению биологических рисков за счет моделирования иммунно-эпителиальных взаимодействий в контролируемой системе.
- Облегчает функциональную валидацию мишеней с помощью количественных показателей целостности эпителия и иммунной активации.
- Обеспечивает прогностическую уверенность при отборе соединений в портфелях на ранних стадиях разработки.
Скрининг и разработка анализа
- Позволяет подготавливать валидированные трехмерные системы кишечника для последующих рабочих процессов скрининга соединений.
- Обеспечивает получение стандартизированных, воспроизводимых и количественных данных, таких как толщина монослоя и экспрессия белков плотных контактов.
- Обеспечивает надежную оценку как про-воспалительных, так и противовоспалительных агентов.
- Поддерживает масштабируемость и повторное использование платформы для инициатив по высокопроизводительному скринингу.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует механизмам развития заболеваний за счет моделирования иммуноопосредованных кишечных ответов.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа открытия до доклинической валидации целостности барьера и иммуномодуляции.
- Позволяет принимать обоснованные с учетом рисков решения о дальнейшем продвижении на основе количественных, трансляционно значимых конечных точек.
- Поддерживает снижение механистических рисков для соединений, нацеленных на купирование воспаления кишечника или дисфункции барьера.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта система 3D-моделирования кишечника интегрируется в континуум от поиска мишени до доклинических исследований, обеспечивая как валидацию мишеней, так и идентификацию перспективных соединений, влияющих на здоровье кишечника.
- Фундаментальная биология: способствует проверке гипотез об иммунно-эпителиальных взаимодействиях и нарушении барьерной функции.
- Скрининг: обеспечивает готовые к анализу воспроизводимые системы с количественными гистологическими и иммунологическими показателями.
- Аналитика: позволяет измерять толщину монослоя, уровни белков плотных контактов и активацию иммунных клеток для сравнительного анализа.
- Трансляционные исследования: моделирует ответы, имеющие значение для патологии, поддерживая согласованность биомаркеров и преемственность доклинических исследований.
- Корпоративное использование: предлагает стандартизированную, многократно используемую платформу для оценки различных соединений и изучения механизмов действия.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность при моделировании заболеваний кишечника.
- Операционная ценность: обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые и масштабируемые рабочие процессы для кросс-функциональных групп.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки («go/no-go») и повышает эффективность использования капитала за счет предоставления надежных доклинических данных.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритизацию с учетом рисков и продвигать кандидатов, направленных на поддержание здоровья кишечника.
Рекомендации по внедрению
- Требуется опыт работы с трехмерными (3D) культурами клеток, иммуногистохимией и количественным анализом изображений.
- Необходим доступ к лабораториям клеточного культивирования, гистологическому оборудованию и аналитической инфраструктуре для количественного определения цитокинов и белков.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов для обеспечения воспроизводимости и сопоставимости данных.
- Метод adaptable к различным классам соединений, однако может потребоваться оптимизация для конкретных моделей заболеваний или конечных точек.
- Ограничения включают сложность моделей и возможные различия в реакциях по сравнению с тканями человека in vivo.
Часто задаваемые вопросы о биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:32
Preparation of the Basic 3D Reconstructed Intestinal Mucosa Model for Microscopic Evaluation of Fixed Intestinal Equivalents
5:07
Paraffin Embedding of Basic 3D Reconstructed Intestinal Mucosa Model for Immune‐Histochemical Staining
