Достижения в технологии производства органоидов крупного рогатого скота с использованием монослойных интерфейсов тонкого и толстого кишечника
June 14th, 2024
В этом исследовании представлен протокол создания 2D-монослоев кишечника крупного рогатого скота из органоидов, обеспечивающий улучшенный доступ к изучению взаимодействий хозяина и патогена. Он включает в себя методы оценки целостности и функциональности мембраны, усовершенствование моделей in vitro , которые имитируют физиологию желудочно-кишечного тракта крупного рогатого скота. Такой подход обещает значительные биомедицинские и сельскохозяйственные преимущества, в том числе усовершенствованные стратегии лечения.
Целью наших исследований является создание надежных методов создания основных кишечных монослойных интерфейсов, полученных из органоидов тонкого и толстого кишечника крупного рогатого скота. Мы использовали мультимодальный аналитический подход для подтверждения формирования функционального эпителиального барьера в пределах установленных монослоев. В отличие от трехмерных моделей, двухмерные монослои обеспечивают открытую, доступную световую поверхность, имеющую решающее значение для изучения взаимодействий патогенов хозяина.
Эти монослои, отражающие кишечник in vivo с несколькими клеточными линиями, теперь обеспечивают индивидуальные протоколы для исследования патогенов в конкретных отделах кишечника, таких как тонкие и толстые кишечные ниши. Наше исследование выявило оптимизированные условия культивирования для создания и поддержания 2D-монослоев из клеток крупного рогатого скота и органоидов толстого кишечника. Мы подтвердили формирование функционального эпителиального барьера в этих монослоях с помощью трансэпителиальных электрических регистрантов и анализов парацеллюлярной проницаемости, а также методов иммуноцитохимического окрашивания.
Наш протокол восполнил пробел в исследованиях, сосредоточившись на недостатке монослойных моделей кишечных органоидов крупного рогатого скота. Эти модели были хорошо изучены на мышах и людях, однако крупный рогатый скот, который является основным резервуаром кишечных патогенов с серьезными последствиями для общественного здравоохранения, не был должным образом изучен. В наших исследованиях установлена и охарактеризована 2D система монослойного культивирования крупного рогатого скота.
Этот инновационный инструмент позволяет исследовать нормальные и болезненные состояния физиологии кишечника крупного рогатого скота с потенциальными применениями в биомедицинских и трансляционных исследованиях, имеющих значение для общественного здравоохранения.
Обзор
Это исследование представляет протокол для создания 2D монослоев бычьего кишечника из органоидов, облегчая исследование взаимодействий хозяин-патоген. Метод включает способы оценки целостности и функциональности мембраны, продвигая in vitro модели, имитирующие желудочно-кишечную физиологию скота.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Биология
- Биомедицинские исследования
Бакground
- Монослои, полученные из органоидов кишечника, хорошо изучены у мышей и людей.
- Быки являются основными резервуарами для кишечных патогенов с серьезными последствиями для общественного здоровья.
- Существующие модели недостаточно исследуют физиологию бычьего кишечника.
- 2D монослои предоставляют доступную поверхность для изучения взаимодействий хозяин-патоген.
Цель исследования
- Разработать методы для создания бычьих кишечных монослоев из органоидов.
- Создать модели, отражающие in vivo среду кишечника.
- Оптимизировать условия культивирования для поддержания 2D монослоев.
Использованные методы
- Покрытие клеточных культурных вставок внеклеточной матрицей.
- Инкубация клеток, полученных из органоидов, для формирования монослоев.
- Использование трансепителиальных электрических сопротивлений и исследований проницаемости для оценки функциональности барьеров.
- Применение иммуноцитохимии для клеточной характеристики.
Основные результаты
- Успешное формирование функциональных эпителиальных барьеров в 2D монослоях.
- Определение оптимальных условий культивирования для клеток бычьего кишечника.
- Присутствие микроворсинок и клеточных разделений, подтвержденное с помощью сканирующе-электронной микроскопии.
- Иммунофлуоресцентное окрашивание выявило ключевые клеточные структуры в монослоях.
Выводы
- Разработанная система культивирования 2D монослоев является значительным прогрессом в изучении физиологии бычьего кишечника.
- Эта модель имеет потенциальные применения в биомедицинских и трансляционных исследованиях.
- Она заполняет критическую лакуну в понимании здоровья и болезней кишечника быков.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Establishing robust 2D monolayer interfaces from bovine intestinal organoids addresses a critical gap in translational models for host-pathogen interaction studies. This advancement enables predictive, species-specific interrogation of gastrointestinal barrier function, supporting early discovery and mechanistic de-risking in both animal health and food safety pipelines. The approach enhances portfolio confidence by providing physiologically relevant, reproducible in vitro systems for disease modeling and intervention assessment.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables functional validation of epithelial barrier integrity using quantitative transepithelial resistance and permeability assays.
- Supports mechanistic de-risking by modeling host-pathogen interactions in disease-relevant bovine intestinal niches.
- Facilitates hypothesis-driven exploration of cellular lineage contributions to barrier function.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, reproducible platform for quantitative assessment of compound effects on epithelial integrity.
- Delivers accessible luminal surfaces for direct exposure studies and high-content screening.
- Enables immunocytochemical characterization to confirm assay system fidelity and reproducibility.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro findings with in vivo bovine physiology for translational biomarker development.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation in food safety and animal health research.
- Reduces translational risk by modeling both normal and diseased intestinal states in a species-relevant context.
Pipeline & Workflow Integration
This 2D monolayer system integrates into the discovery-to-preclinical continuum, bridging early mechanistic studies and translational validation for bovine gastrointestinal research.
- Discovery Biology: Enables hypothesis testing of barrier function and host-pathogen mechanisms in a controlled, quantitative system.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible monolayers for compound evaluation and mechanistic screening.
- Analytics: Delivers quantitative outputs such as transepithelial resistance and permeability for comparative analysis.
- Translational Research: Facilitates alignment of in vitro results with in vivo disease models and biomarker strategies.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, scalable platform for ongoing R&D in bovine intestinal health and pathogen studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in gastrointestinal research.
- Operational Value: Standardizes protocols for reproducibility and scalability across research teams.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by enabling early de-risking.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of animal health and food safety programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in organoid culture, epithelial biology, and quantitative barrier assays.
- Needs access to cell culture infrastructure, microplate readers, and immunocytochemistry capabilities.
- Demands cross-team standardization for protocol reproducibility and data comparability.
- Adaptation may be needed for different intestinal regions or pathogen models.
- Limitations include species specificity and the need for ongoing validation against in vivo benchmarks.
