Трехмерный морфогенез в кишечнике собаки с использованием кишечных органоидов, полученных от пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника
9 февраля 2024 г.
Интеграция органоидов собачьего кишечника и микрофлюидной системы Gut-on-a-Chip предлагает актуальные трансляционные модели для лечения кишечных заболеваний человека. Представленные протоколы позволяют проводить 3D-морфогенез и динамическое моделирование кишечника in vitro , помогая в разработке эффективных методов лечения кишечных заболеваний у собак и людей с помощью концепции «Единое здоровье».
Целью наших исследований является создание метода выращивания 3D-структур с использованием клеток кишечника животных, похожих на человека, в частности, собак. Клеточный морфогенез кишечника был в значительной степени изучен с помощью моделей лабораторных животных, которые являются дорогостоящими, трудоемкими и неточно отражают процессы развития человека. Кроме того, традиционные статические 2D-модели клеточных культур не способны имитировать сложную пространственную организацию архитектуры 3D abSerial.
Достижение прикрепления отдельных клеток, полученных из кишечных органоидов, к поверхности PDMS, покрытой ECM, представляет собой серьезную проблему. Это ключевой шаг в решении этой проблемы, поскольку он обеспечивает однородное покрытие ECM за счет активации поверхности и позволяет ему высохнуть в течение ночи. Интеграция технологии собачьих органоидов с 3D-морфогенезом in vitro открывает перспективные возможности для проведения трансляционных исследований хронических многофакторных заболеваний в соответствии с инициативой «Единое здоровье».
Протокол лечения ВЗК у собак, созданный на чипе, предлагает воспроизводимую модель для сравнительной медицины, позволяющую изучать морфогенез кишечника, взаимодействие микробиома хозяина, инфекции, скрининг лекарств и пробиотиков, а также имеет межвидовую применимость.
Обзор
Данное исследование посвящено интеграции кишечных органоидов собак с микрофлюидной системой «Кишечник на чипе» (Gut-on-a-Chip), что позволяет создать релевантную модель заболеваний кишечника у человека. Разработанные протоколы способствуют 3D-морфогенезу и динамическому моделированию кишечника in vitro, что способствует совершенствованию методов лечения кишечных заболеваний как у собак, так и у людей.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Сравнительная медицина
- Микрофлюидика
Теоретические сведения
- Морфогенез клеток кишечника имеет решающее значение для понимания здоровья желудочно-кишечного тракта.
- Традиционные модели часто не позволяют точно представить человеческие биологические процессы.
- Собачьи модели обеспечивают более близкое приближение к заболеваниям кишечника человека.
- Инициатива «Единое здоровье» (One Health) подчеркивает взаимосвязь между здоровьем людей и животных.
Цель исследования
- Разработка воспроизводимой модели для изучения морфогенеза кишечника.
- Исследование взаимодействий между хозяином и микробиомом, а также их влияния на здоровье.
- Обеспечение возможности проведения сравнительного скрининга лекарственных препаратов и пробиотиков.
Используемые методы
- Подготовка устройства «кишечник на чипе» с покрытием из внеклеточного матрикса.
- Посев кишечных органоидов собаки в микрофлюидную систему.
- Применение непрерывного потока и циклического растяжения для имитации физиологических условий.
- Иммунофлуоресцентное окрашивание для оценки трехмерной структуры и барьерной функции.
Основные результаты
- Успешное создание условий для 3D-морфогенеза в микрофлюидной системе.
- Наблюдение ворсинкоподобных структур и функциональных кишечных барьеров.
- Продемонстрированный потенциал для сравнительных исследований заболеваний кишечника.
- Валидация модели для будущих трансляционных исследований.
Выводы
- Модель «Кишечник на чипе» является перспективным инструментом для изучения здоровья кишечника.
- Интеграция органоидов собак повышает релевантность полученных результатов.
- Данный подход соответствует концепции «Единое здоровье» (One Health), принося пользу как здоровью людей, так и животных.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Интеграция кишечных органоидов собак с микрофлюидными системами «кишечник на чипе» (Gut-on-a-Chip) позволяет создавать физиологически релевантные динамические модели in vitro для исследования кишечных заболеваний. Такой подход устраняет ограничения традиционных статических и животных моделей, предоставляя платформу для прогностических трансляционных исследований как в ветеринарном, так и в медицинском контекстах. Полученные модели способствуют получению межвидовых данных, улучшая валидацию мишеней и снижая риски на ранних этапах разработки терапевтических средств для лечения кишечника.
Стратегическое применение в исследованиях и разработках биофармацевтики
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет исследовать значимые для заболевания пути с использованием первичных клеток, полученных от собак с естественным течением ВЗК.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней за счет воспроизведения 3D-морфогенеза кишечника и барьерной функции.
- Способствует снижению механистических рисков путем прямого наблюдения за взаимодействиями между микробиомом хозяина и эпителием.
Скрининг и разработка методов анализа
- Обеспечивает стандартизированную, воспроизводимую платформу для скрининга лекарственных препаратов и пробиотиков в условиях динамической среды кишечника.
- Предоставляет количественные данные, такие как измерения TEER, для оценки целостности барьера.
- Позволяет подготавливать валидированные биологические системы для масштабируемой оценки соединений и межвидового сравнения.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует стратегиям трансляционных биомаркеров путем моделирования спонтанного заболевания в рамках концепции «Единое здоровье» (One Health).
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа открытия до доклинической валидации с использованием физиологически релевантных моделей на собаках.
- Поддерживает принятие решений о дальнейшем продвижении с учетом рисков, связывая ветеринарные исследования и исследования заболеваний кишечника у людей.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный протокол «кишечника на чипе» (Gut-on-a-Chip) предназначен для использования на этапах первичного поиска, идентификации соединений-лидеров и доклинических исследований в рамках программ по изучению кишечных заболеваний.
- Открывающая биология: Совершенствование проверки гипотез и уточнение путей передачи сигналов в системах, релевантных для заболеваний.
- Скрининг: Определение готовности и воспроизводимости анализа для функциональных тестов и тестов на барьерную функцию.
- Аналитика: Обеспечение количественных показателей, таких как TEER и иммунофлуоресцентный структурный анализ.
- Трансляционные исследования: Создание межвидовой платформы для согласования биомаркеров и проведения сравнительных исследований.
- Корпоративное повторное использование: Предоставление многоразовой микрофлюидной системы, адаптируемой к различным моделям кишечных заболеваний.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: Повышает точность прогнозирования и снижает механистическую неопределенность при моделировании кишечных заболеваний.
- Операционная ценность: Обеспечивает стандартизированные, масштабируемые и воспроизводимые рабочие процессы для анализов на основе органоидов.
- Стратегическая ценность: Улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет раннего снижения рисков.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию с учетом рисков и межвидовой перенос терапевтических средств для лечения кишечника.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с культурами органоидов, микрофлюидикой и тканями собак.
- Необходим доступ к покрытиям на основе ВКМ, микрофлюидному оборудованию и инфраструктуре для измерения TEER.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости покрытия ВКМ и посева клеток.
- Адаптация метода для других видов или моделей заболеваний может потребовать оптимизации протокола.
- Ограничения включают технические сложности в обеспечении равномерного прикрепления клеток и поддержании 3D-морфогенеза.
