Иммунокомпетентная модель альвеолы на чипе для изучения иммунных реакций альвеолярной слизистой оболочки
31 мая 2024 г.
Модели легких на чипе превосходят традиционные 2D-культуры, имитируя воздушно-жидкостную границу раздела и перфузию эндотелиальных клеток, имитируя кровоток и обмен питательных веществ, что имеет решающее значение для исследований физиологии легких. Это повышает актуальность исследований легких, предлагая динамичную, физиологически точную среду для улучшения понимания и лечения респираторных инфекций.
Мы разрабатываем физиологически значимые модели in vitro, чтобы ответить на механистический вопрос при инфекциях человека. Наше внимание сосредоточено на иммунном ответе хозяина. Когда мы используем эту модель для анализа сложного взаимодействия патогена с хозяином, чтобы определить молекулярные и клеточные мишени для терапевтических вариантов при инфекциях человека.
Работа над моделью чипа, такой как модель легких на чипе, сбалансированная логической сложностью с конкретными исследовательскими потребностями, дает представление о регуляции реакции человека и хозяина. Эта система имитирует клеточный состав in vivo и 3D-структуру, обеспечивая более определенные условия и высокую производительность, чем эксперименты на животных. В технологии легких на чипе одной из основных проблем является выбор правильных типов клеток, которые имитируют сложную функциональность легких для получения результатов исследований инфекций.
Кроме того, решающее значение имеет продление сроков эксперимента за пределы традиционных моделей in vitro. Использование — это дешевая способность поддерживать жизнеспособность клеток с непрерывным потоком питательных веществ для более длительного наблюдения, эксперимент также необходим. Мы разработали модель микрофлюидного основания альвеолы человека в качестве эффективного инструмента для имитации альвеолярной среды человека.
Это было достигнуто за счет применения перфузии для имитации кровотока, а также за счет механической стимуляции эндотелиальных клеток. А также интеграция воздушно-жидкостного интерфейса для эпителиальных клеток путем воздействия на них воздуха. Следующим шагом является расширение этой модели до более продвинутой платформы, такой как модель на основе индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Таким образом, мы стремимся приблизить персонализированную медицину к применению, особенно в контексте тестирования противовирусных препаратов, а также в качестве инструмента для биомедицинских исследований и фармацевтических разработок.
Обзор
В данном исследовании представлено создание моделей «легкого на чипе», которые воспроизводят интерфейс «воздух-жидкость» и перфузию эндотелиальных клеток, что расширяет понимание механизмов респираторных инфекций. Эти модели обеспечивают динамичную и физиологически точную среду для исследований легких.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Биология
- Модели in vitro
Теоретические основы
- Традиционные 2D-культуры не обладают физиологической релевантностью.
- Технология «легкий на чипе» имитирует условия in vivo.
- Понимание взаимодействий между хозяином и патогеном имеет решающее значение для разработки терапевтических методов.
- К числу проблем относится подбор подходящих типов клеток для обеспечения функциональности.
Цель исследования
- Разработка моделей in vitro, которые точно отражают особенности инфекций у человека.
- Изучение взаимодействий между патогенами и организмом человека.
- Поиск молекулярных и клеточных мишеней для терапевтического воздействия.
Используемые методы
- Технология «орган на чипе»
- Подбор соответствующих типов клеток
- Высокопроизводительный эксперимент
- Увеличенные временные рамки эксперимента
Основные результаты
- Модели «легкого на чипе» позволяют изучить механизмы регуляции иммунного ответа организма человека.
- Данные модели обеспечивают баланс между биологической сложностью и конкретными задачами исследования.
- Они предлагают более определенные условия по сравнению с традиционными моделями in vitro.
- Увеличенные временные интервалы позволяют более точно имитировать процессы при изучении инфекций.
Выводы
- Модели «легких на чипе» повышают релевантность исследований легких.
- Они способствуют более глубокому пониманию респираторных инфекций.
- Эти модели имеют решающее значение для совершенствования методов терапии.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Иммунокомпетентная модель «альвеола на чипе» представляет собой физиологически релевантную платформу на основе человеческих клеток для детального изучения иммунных ответов слизистой оболочки легких на инфекцию. Благодаря интеграции основных типов альвеолярных клеток и имитации биомеханических условий и перфузии, эта система повышает прогностическую достоверность при валидации мишеней на ранних стадиях и снижает риски при изучении механизмов в рамках разработки препаратов для лечения респираторных заболеваний. Совместимость данной модели со стандартизированными иммунологическими анализами делает ее многократно используемым инструментом для проведения исследований инфекций и иммунитета в масштабах всего портфеля разработок.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет детально изучить механизмы взаимодействия хозяина и патогена в контексте альвеол человека.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней за счет воспроизведения перекрестного взаимодействия между иммунными клетками, эпителием и эндотелием.
- Снижает биологические риски путем моделирования сложных тканевых ответов на инфекцию.
- Повышает прогностическую точность при проверке терапевтических гипотез для лечения заболеваний дыхательных путей.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную, воспроизводимую платформу для количественного анализа иммунного ответа и инфекционных процессов.
- Поддерживает иммунофлуоресцентный анализ, профилирование цитокинов, а также определение КОЕ/анализ бляшек для получения достоверных результатов.
- Позволяет масштабировать подготовку валидированных моделей легочной ткани для оценки действия соединений.
- Повышает готовность анализа для скрининга противоинфекционных или иммуномодулирующих агентов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует биологии легких человека при соответствующих заболеваниях для трансляционного поиска биомаркеров.
- Связывает этап открытия и доклиническую валидацию путем моделирования иммунного ответа человека на патогены.
- Обеспечивает принятие решений о продвижении программ по респираторным инфекциям с учетом оценки рисков.
- Обеспечивает механистическое снижение рисков при отборе кандидатов в доклинических конвейерах разработки.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данная модель интегрируется в континуум от этапа поиска до доклинических исследований, обеспечивая возможность проверки гипотез, валидации мишеней и проведения трансляционных исследований для портфелей препаратов против респираторных инфекций.
- Биология открытий: анализ молекулярных и клеточных мишеней путем моделирования иммунного ответа альвеол человека.
- Скрининг: получение воспроизводимых количественных данных для анализов иммунитета и инфекций.
- Аналитика: поддержка сравнительного анализа активации иммунитета, целостности барьера и патогенной нагрузки.
- Трансляционные исследования: обеспечение преемственности при изучении биомаркеров и механизмов в системах, релевантных человеку.
- Корпоративное повторное использование: функционирование в качестве универсальной платформы для различных исследовательских инициатив в области инфекций и иммунитета.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неоднозначность при валидации мишени.
- Операционная ценность: Стандартизирует анализы инфекции и иммунного ответа для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: Обеспечивает принятие обоснованных решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективно управляет капиталом портфеля.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритезацию с учетом рисков и продвижение активов в области респираторных инфекций.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области тканевой инженерии, микрофлюидики и иммунологического анализа.
- Необходим доступ к специализированному оборудованию для перфузии чипа и биомеханической стимуляции.
- Требуется межкомандная стандартизация источников клеток и протоколов анализа.
- Адаптация к другим типам клеток легких или моделям заболеваний может потребовать оптимизации протокола.
- Практические ограничения включают ограниченную пропускную способность и необходимость в надежной аналитической инфраструктуре.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
2:08
Preparation and Maintenance of Human Umbilical Vein Endothelial Cells in Biochips for Establishing an Air‐Liquid Interface
5:42
Advanced Biochip Perfusion and Air‐Liquid Interface Establishment of Human Umbilical Vein Endothelial Cells for Tissue Culture Analysis
