Иммунокомпетентная модель альвеолы на чипе для изучения иммунных реакций альвеолярной слизистой оболочки
May 31st, 2024
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
Это исследование представляет разработку моделей легких на чипах, которые воспроизводят воздушно-жидкостный интерфейс и перфузию эндотелиальных клеток, улучшая понимание респираторных инфекций. Эти модели обеспечивают динамическую и физиологически точную среду для исследований легких.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Биология
- In vitro модели
Предпосылки
- Традиционные 2D культуры не обладают физиологической значимостью.
- Технология легких на чипах имитирует in vivo условия.
- Понимание взаимодействий хозяин-патоген является критически важным для разработки терапевтических средств.
- Среди задач – выбор подходящих типов клеток для функциональности.
Цель исследования
- Разработать in vitro модели, которые точно отражают человеческие инфекции.
- Разобраться в взаимодействиях между патогенами и человеческим хозяином.
- Определить молекулярные и клеточные цели для терапии.
Использованные методы
- Орган-на-чипе технология
- Выбор соответствующих типов клеток
- Эксперименты с высокой пропускной способностью
- Продленные экспериментальные сроки
Основные результаты
- Модели легких на чипе предоставляют представление о регуляции реакции человеческого хозяина.
- Эти модели балансируют биологическую сложность с конкретными исследовательскими потребностями.
- Они предлагают более определенные условия по сравнению с традиционными in vitro моделями.
- Продленные сроки позволяют лучшее моделирование исследований инфекций.
Выводы
- Модели легких на чипе увеличивают значимость исследований легких.
- Они способствуют лучшему пониманию респираторных инфекций.
- Эти модели играют важную роль в продвижении терапевтических вариантов.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
The immunocompetent alveolus-on-chip model provides a physiologically relevant, human-derived platform for dissecting pulmonary mucosal immune responses to infection. By integrating key alveolar cell types and simulating biomechanical and perfusion conditions, this system enhances predictive confidence in early-stage target validation and mechanistic de-risking for respiratory drug discovery. Its compatibility with standardized immune assays positions it as a reusable asset for portfolio-wide infection and immunity research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables mechanistic interrogation of host-pathogen interactions in a human-relevant alveolar context.
- Supports functional target validation by recapitulating immune cell-epithelial-endothelial crosstalk.
- Facilitates biological de-risking by modeling complex tissue responses to infection.
- Improves predictive confidence for therapeutic hypothesis testing in respiratory indications.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, reproducible platform for quantitative immune and infection assays.
- Supports immunofluorescence, cytokine profiling, and CFU/plaque analysis for robust readouts.
- Enables scalable preparation of validated alveolar tissue models for compound evaluation.
- Enhances assay readiness for screening anti-infective or immunomodulatory agents.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant human lung biology for translational biomarker exploration.
- Bridges discovery and preclinical validation by modeling human immune responses to pathogens.
- Supports risk-adjusted advancement decisions for respiratory infection programs.
- Provides mechanistic de-risking for candidate selection in preclinical pipelines.
Pipeline & Workflow Integration
This model integrates into the discovery-to-preclinical continuum, enabling hypothesis testing, target validation, and translational research for respiratory infection portfolios.
- Discovery Biology: Dissects molecular and cellular targets by modeling human alveolar immune responses.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs for immune and infection assays.
- Analytics: Supports comparative analysis of immune activation, barrier integrity, and pathogen burden.
- Translational Research: Provides continuity for biomarker and mechanistic studies in human-relevant systems.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable platform for diverse infection and immunity research initiatives.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in target validation.
- Operational Value: Standardizes infection and immune response assays for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio management.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of respiratory infection assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in tissue engineering, microfluidics, and immunological assays.
- Demands access to specialized instrumentation for chip perfusion and biomechanical stimulation.
- Necessitates cross-team standardization of cell sourcing and assay protocols.
- Adaptation to other lung cell types or disease models may require protocol optimization.
- Practical limitations include throughput constraints and the need for robust analytical infrastructure.
Biopharma FAQs
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
