Bağırsak mukozal bağışıklık tepkilerini analiz etmek için immünokompetan çip üzerinde bağırsak modeli
24 Mayıs 2024
Ayrıntılı protokolümüz, insan bağırsak mukozasını 3D yapılar ve çeşitli hücre tipleri ile simüle eden, mikrobiyal kolonizasyona yanıt olarak bağışıklık tepkilerinin ve hücresel fonksiyonların derinlemesine analizini sağlayan gelişmiş çip üzerinde bağırsak modelinin oluşturulmasını ve kullanımını özetlemektedir.
Araştırmamız, immünokompetan çip üzerinde organ platformlarının geliştirilmesi ve kullanımına odaklanmaktadır. Bu fizyolojik olarak ilgili, insancıllaştırılmış in vitro modeller oluşturarak, karmaşık konak-patojen etkileşimini inceleyebiliyoruz. Yarattığımız bilgi, bulaşıcı hastalıkların tedavisi için moleküler hedefleri manipüle etmek ve tanımlamak için kullanılabilir.
En önemli zorluklardan biri, in vitro olarak konak dokusunun yanı sıra homeostatik koşullar altında canlı bir mikrobiyotayı korumaktır. Bu, kript ve villus yapılarının organotipik 3D topografyasının ve bunların mikrobiyal kolonizasyonunun çoğaltılmasını içerir. Çip üzerinde bağırsak platformları, organotipik yapıları şekillendirmek ve bakteri üremesini önlemek için akış kullanarak bunu ele alır.
Bu, stabil kültür koşulları sağlar. Mevcut diğer çip üzerinde bağırsak platformlarıyla karşılaştırıldığında, modelimiz, birincil dokuda yerleşik bağışıklık hücrelerinin dahil edilmesi nedeniyle patojenlere karşı insan bağışıklık tepkisinin ayrıntılı olarak incelenmesini sağlar. Ek olarak, model boyutu tek bir denemede birden fazla okumaya olanak tanıyarak toplam maliyeti ve deney sayısını azaltır.
Laboratuvarımız, kişiselleştirilmiş tıbbı mümkün kılan otolog sistemler geliştirmek için indüklenmiş pluripotent kök hücreleri kullanmaya odaklanmaktadır.
Genel Bakış
Bu makale, insan intestinal mukozasını simüle eden gelişmiş bir bağırsak-on-chip modeli geliştirme için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır. Model, mikrobiyal kolonizasyonla ilişkili immün yanıtların ve hücresel fonksiyonların analizini kolaylaştıran 3D yapıları ve çeşitli hücre tiplerini içermektedir.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Biyoloji
- Mikrobiyoloji
Arka Plan
- İmmünokompetan organ-on-chip platformlarının geliştirilmesi.
- Konak-patojen etkileşimlerini çalışmanın önemi.
- Canlı mikrobiyotanın in vitro ortamda sürdürülmesindeki zorluklar.
- Organotipik 3D yapıların replike edilmesine duyulan ihtiyaç.
Çalışmanın Amacı
- Fizyolojik olarak ilgili insanlaştırılmış in vitro modeller oluşturmak.
- Mikrobiyal kolonizasyona karşı gelişen bağışıklık yanıtlarını analiz etmek.
- Enfeksiyöz hastalık tedavileri için moleküler hedefler belirlemek.
Kullanılan Yöntemler
- Bağırsak-on-chip platformlarının oluşturulması.
- Organotipik yapıları şekillendirmek için akış kullanımı.
- Mikrobiyota için homeostatik koşulların sürdürülmesi.
- Hücresel fonksiyonların derinlemesine analizi.
Ana Sonuçlar
- İnsan intestinal mukozasının başarılı simülasyonu.
- İmmün yanıtların geliştirilmiş anlayışı.
- Mikrobiyal kolonizasyon etkilerine dair içgörüler.
- Terapötik hedef belirlemede potansiyel uygulamalar.
Sonuçlar
- Bağırsak-on-çip modeli, araştırmalar için değerli bir araçtır.
- Kontrollü bir ortamda karmaşık etkileşimlerin incelenmesine olanak tanır.
- Gelecekteki çalışmalar, bulaşıcı hastalık araştırmaları için bu modelden yararlanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Endüstriyel Uygulama Uygunluğu
İmmünokompetan bağırsak-on-chip modeli, fizyolojik olarak ilgili koşullar altında bağırsak mukozal immün yanıtlarının yüksek sadakatle analiz edilmesini sağlayarak preklinik keşiflerdeki kritik bir boşluğu doldurmaktadır. Primer insan immün hücrelerini entegre eden ve karmaşık konakçı-mikrobiyota etkileşimlerini destekleyen bu platform, enfeksiyöz ve inflamatuar hastalık süreçlerinde hedef validasyonu ve mekanistik risk azaltma için öngörüsel güveni artırır. Multipley fonksiyonel okumaları ve gelişmiş görüntüleme yöntemleriyle olan uyumluluğu, bu modeli translasyonel araştırmalar ve portföy önceliklendirmesi için yeniden kullanılabilir bir varlık olarak konumlandırmaktadır.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bağırsak mukoza immünitesi ve konak-patojen etkileşimlerini içeren terapötik hipotezlerin sorgulanmasına olanak tanır.
- Mikrobiyal kolonizasyona karşı doku yerleşik immün hücre yanıtlarının modellenmesi yoluyla biyolojik risk azaltımını destekler.
- Sitokin salınımı ve immün hücre infiltrasyonu gibi kantitatif okumalar aracılığıyla fonksiyonel hedef doğrulamasını kolaylaştırır.
- Bağırsak bariyer fonksiyonu ve immün modülasyon ile ilişkili hedeflerin geliştirilmesine yönelik öngörü güvenini artırır.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bileşiklerin epitel bütünlüğü ve immün aktivasyon üzerindeki etkilerinin standartlaştırılmış değerlendirmesi için valide edilmiş, organotipik bir sistem sunar.
- Permeasyon analizleri ve immünofloresan tabanlı hücre farklılaşma metriklerini içeren tekrarlanabilir, multipleks çıktılar sağlar.
- Fizyolojik olarak ilgili bir mikroortamda aday moleküllerin veya biyolojiklerin ölçeklenebilir taramasına olanak tanır.
- Konak-mikrobiyota veya immün yolları hedefleyen müdahalelerin güvenilir değerlendirmesini destekler.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bakteriyel ve fungal zorlamalara karşı insan mukozal immün yanıtlarını modelleyerek hastalıkla ilgili mekanizmalarla uyumluluk sağlar.
- Fonksiyonel ve yapısal okumaların sürekliliği yoluyla keşif ile preklinik doğrulama arasında köprü kurar.
- Bağırsak immün homeostazını veya enfeksiyonu hedefleyen varlıklar için riskten arındırılmış ilerleme kararlarını kolaylaştırır.
- Translasyonel biyobelirteç gelişimini destekleyen mekanistik içgörüler sunar.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu bağırsak-çip modeli, erken keşif aşamasından aday madde belirleme ve preklinik mekanistik çalışmalara kadar olan sürece uygundur; iteratif hipotez testlerini ve hedef önceliklendirmesini destekler.
- Keşif Biyolojisi: Kontrollü mikrobiyal maruziyet altında, bağışıklık yanıt yollarının ve bariyer fonksiyonunun güçlü null hipotez testlerine olanak tanır.
- Tarama: Bileşik seçimi ve assay standardizasyonu için kantitatif, tekrarlanabilir çıktılar sunar.
- Analitik: Sitokin profilleme, bağışıklık hücresi infiltrasyonu ve epitel bütünlüğü dahil olmak üzere multipleks ölçümleri destekler.
- Translasyonel Araştırma: In vitro bulguların hastalıkla ilgili biyobelirteçler ve preklinik son noktalarla hizalanması için bir platform sağlar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Çeşitli bağırsak odaklı Ar-Ge programlarına uyarlanabilir, modüler ve ölçeklenebilir bir sistem olarak işlev görür.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Bağırsak immün hedef validasyonunda öngörü güvenini artırır ve mekanistik belirsizliği azaltır.
- Operasyonel Değer: Karmaşık ko-kültür iş akışlarını standartlaştırır ve tekrarlanabilir, multipleks veri üretimini sağlar.
- Stratejik Değer: Geç evre biyolojik riski azaltarak "devam/tamam" karar kalitesini ve sermaye verimliliğini iyileştirir.
- Portföy Etkisi: Bağırsak immünitesini veya enfeksiyonunu hedefleyen varlıkların riskle uyumlu önceliklendirilmesini ve ilerletilmesini destekler.
Uygulama Hususları
- Mikroakışkan biyochip kullanımı ve gelişmiş hücre kültürü tekniklerinde uzmanlık gerektirir.
- İmmünofloresan görüntüleme ve multipleks analitik altyapıya erişim gereklidir.
- Tekrarlanabilirlik ve veri karşılaştırılabilirliği için ekipler arası standardizasyon zorunludur.
- Farklı immün hücre kaynaklarına veya mikrobiyal türlere adaptasyon, protokol optimizasyonu gerektirebilir.
- Model karmaşıklığı ve homeostatik mikrobiyotanın korunması, yüksek kapasiteli kullanım için pratik sınırlamalar oluşturur.
Biyofarma SSS
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:36
Harvesting and Seeding of Human Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVECs) for Human Intestine‐on‐Chip Model
4:03
Microfluidic Perfusion of HUVEC and C2BBe1 Cultured Biochips for Analyzing Immune Responses to Microbial Colonization
