Образование органоидов тимуса человека в трехмерных фибриновых гидрогелях
4 октября 2024 г.
В данной статье мы описываем протокол формирования органоидов тимуса человека, полученных из iPSC, выращенных в 3D-фибриновых гидрогелях с целью поддержки созревания эпителиальных клеток тимуса (TEC) и их длительного поддержания, а также тимопоэза in vitro.
Мы пытаемся изучить механизмы, ответственные за самотолерантность, аутоиммунные заболевания, особенно роль воздуха в экспрессии аутоантигенов, представленных эпителиальными клетками тимуса, в развивающихся тимоцитах. Наши исследования находят применение в клеточной терапии в контексте аутоиммунных заболеваний, трансплантации органов и рака. Наша система производит органоиды тимуса, которые формируются и засеваются таким образом, чтобы воспроизводить важнейшие биологические и механические сигналы, необходимые для поддержания и созревания эпителиальных клеток тимуса.
mTECs, которые, в свою очередь, необходимы для поддержки тимопоэза, могут сохраняться в системе до шести недель. Наши результаты вносят вклад в разработку более совершенных методов производства клеточных лимфоцитов in vitro с множеством потенциальных применений в исследованиях и клеточной терапии. По мере продвижения наших исследований мы должны способствовать лучшему пониманию механизмов, лежащих в основе самотолерантности и аутоиммунитета.
В настоящее время мы сосредоточены на дальнейшей характеристике наших органоидов с точки зрения клеточного состава и организации. Наша цель состоит в том, чтобы изучить роль, которую играет этот двигатель в регуляции экспрессии аутоантигена в тимусе, и создать модель исследования эпизода аутоиммунного заболевания.
Обзор
В данном исследовании представлен протокол создания органоидов тимуса, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК) человека, в 3D-фибриновых гидрогелях. Целью работы является поддержка созревания тимусных эпителиальных клеток и обеспечение тимопоэза in vitro.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Клеточная биология
- Иммунология
Введение
- Понимание механизмов селф-толерантности и аутоиммунитета имеет решающее значение для развития терапевтических методов.
- Тимические эпителиальные клетки играют ключевую роль в презентации собственных антигенов развивающимся тимоцитам.
- Тимические органоиды могут имитировать среду тимуса для исследовательских целей.
- Современные методы получения Т-лимфоцитов in vitro нуждаются в совершенствовании.
Цель исследования
- Разработать надежную систему получения тимических органоидов.
- Исследовать механизмы селф-толерантности и аутоиммунитета.
- Изучить роль r-гена в регуляции экспрессии антигенов в тимусе.
Используемые методы
- Приготовление фибриновых гидрогелей для культивирования органоидов.
- Посев клеток-предшественников тимуса в гидрогели.
- Инкубация в контролируемых условиях для стимуляции формирования органоидов.
- Микроскопический анализ для подтверждения развития органоидов.
Основные результаты
- Тимические органоиды, поддерживаемые в течение до шести недель, сохраняли структурную целостность.
- Органоиды формировали структуры от сферических до продолговатых, что свидетельствует об успешном созревании.
- Результаты исследования способствуют совершенствованию методов получения Т-лимфоцитов.
- Характеристика органоидов позволила получить данные о клеточном составе.
Выводы
- Разработанный протокол углубляет понимание биологии тимуса.
- Органоиды тимуса представляют собой ценный инструмент для изучения аутоиммунитета.
- Будущие исследования будут сосредоточены на дальнейшем изучении функциональных характеристик органоидов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Воссоздание микроокружения тимуса человека in vitro устраняет критический пробел в моделировании развития Т-клеток и механизмов селф-толерантности для разработки иммунологических препаратов. Система органоидов тимуса на основе 3D-фибринового гидрогеля позволяет масштабируемо и функционально воспроизводить биологию тимусных эпителиальных клеток (TEC), обеспечивая прогностическую достоверность исследований на ранних этапах разработки методов иммуномодуляции и клеточной терапии. Данная платформа расширяет возможности разработки стратегий по борьбе с аутоиммунными заболеваниями, достижению трансплантационной толерантности и инженерии Т-клеток, предоставляя физиологически релевантную и воспроизводимую модель для механистической оценки рисков.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишеней
- Позволяет исследовать механизмы аутотолерантности и презентации антигена в контролируемой системе, релевантной для человека.
- Обеспечивает функциональную валидацию путей селекции и созревания Т-клеток под воздействием TEC.
- Способствует механистическому снижению рисков для мишеней, участвующих в процессах аутоиммунитета и иммунологической толерантности.
- Предоставляет платформу для гипотетического изучения функций генов в биологии тимуса.
Скрининг и разработка анализа
- Создает воспроизводимую и масштабируемую систему 3D-культивирования для совместного культивирования TEC и тимоцитов.
- Обеспечивает количественную оценку формирования органоидов, клеточного состава и генерации Т-клеток.
- Позволяет стандартизировать анализы дифференцировки иммунных клеток для скрининга соединений или генетических модификаций.
- Обеспечивает возможность последующей оценки иммуномодулирующих агентов в физиологически релевантном контексте.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует моделям аутоиммунитета и трансплантационной толерантности, имеющим значение для изучения заболеваний.
- Обеспечивает преемственность от механистических исследований на этапе открытия до доклинической валидации иммунных вмешательств.
- Позволяет осуществлять продвижение кандидатов для клеточной терапии и иммуномодулирующих средств с учетом анализа рисков.
- Поддерживает поиск трансляционных биомаркеров в органоидных системах человеческого происхождения.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта 3D-модель органоида тимуса интегрирована в континуум от поиска новых мишеней до доклинических исследований, связывая ранние механистические исследования с трансляционными иммунологическими исследованиями.
- Открывательная биология: способствует проверке гипотез о селф-толерантности, презентации антигена и функции ТЭК.
- Скрининг: предоставляет стандартизированную масштабируемую систему анализа для дифференцировки и функционирования иммунных клеток.
- Аналитика: позволяет проводить количественную оценку структуры органоидов, клеточного состава и выхода Т-клеток.
- Трансляционные исследования: связывает результаты in vitro с иммуномодуляцией при соответствующих заболеваниях и стратегиями поиска биомаркеров.
- Корпоративное повторное использование: предлагает многократно используемую платформу для различных иммунологических исследований и программ разработки клеточной терапии.
Операционное и корпоративное влияние
- Научная ценность: Повышает прогностическую уверенность при валидации иммунных мишеней и снижении механистических рисков.
- Операционная ценность: Обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые и масштабируемые рабочие процессы 3D-культивирования.
- Стратегическая ценность: Улучшает принятие решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) для портфелей средств иммуномодуляции и клеточной терапии.
- Влияние на портфель: Позволяет осуществлять приоритезацию активов в области иммунной и регенеративной медицины с учетом рисков.
Рекомендации по реализации
- Требуется опыт работы в области дифференцировки стволовых клеток, 3D-культивирования и биологии иммунных клеток.
- Необходим доступ к специализированной инфраструктуре для культивирования клеток и аналитической микроскопии.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости и сопоставимости данных.
- Может потребоваться адаптация для различных донорских источников или моделей заболеваний.
- Практические ограничения включают редкость TEC и их чувствительность к сигналам микроокружения.
