نظام الجزر الزائفة البشرية للتقييم المتزامن لديناميات الاستشعار الحيوي الفلوري وملامح إفراز الهرمونات
نوفمبر 3, 2023
يصف هذا البروتوكول طريقة للاكتساب المتزامن والتسجيل المشترك لأحداث الإشارات داخل الخلايا وإفراز الأنسولين والجلوكاجون بواسطة الجزر الكاذبة البشرية الأولية باستخدام توصيل الفيروس الغدي لمستشعر حيوي دوري أدينوسين أحادي الفوسفات (cAMP) ، وكاشف فرق cAMP في الموقع (cADDis) ، ونظام microperifusion.
يعمل مختبرنا على فهم ومنع وعكس خلل خلايا بيتا وتشوهات الجفن الأخرى في مرض السكري من النوع الأول والنوع الثاني. تركز دراساتنا على التسبب في مرض السكري البشري من خلال دمج دراسات البنكرياس البشري وبيولوجيا الجفن والصحة والمرض. الثقوب البشرية هي هياكل كروية 3D ، والوصول إلى الخلايا في جميع أنحاء العيينة بأكملها يمثل بعض التحديات التجريبية.
على سبيل المثال ، عند محاولة إدخال أجهزة استشعار حيوية لفهم إشارات خلايا العيينة ، يتغلب بروتوكول الجفن الزائف لدينا على هذا التحدي من خلال إجراء التلاعب الجيني في حالة الخلية الواحدة وتجميع خلايا العيينة البشرية المحولة هذه في جفون زائفة للدراسات النهائية. يسمح لنا نظام الجفن الزائف الخاص بنا بالتعبير عن المستشعرات الحيوية في جميع أنحاء العيينة بأكملها ، بدلا من سطح الجفن فقط. بالاقتران مع التصوير بالخلايا الحية ونظام Microperfusion ، يمكننا قياس العمليات الديناميكية داخل الخلايا والمشاركة في تسجيلها مع إفراز هرمون المصب.
يمكن تطبيق هذا البروتوكول للإجابة على مجموعة متنوعة من الأسئلة العلمية المهمة. على سبيل المثال ، يمكن دمج استراتيجيات إسكات الجينات مع هذا النهج لفهم تأثير الجين محل الاهتمام على وظيفة الجفن ومسارات الإشارات المرتبطة به ، إما على مستوى العالم أو بطريقة محددة ذاتيا.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة خلل وظائف خلايا بيتا وتشوهات الجزر في مرض السكري، وذلك باستخدام نظام نموذج الجزر الكاذبة للاكتساب المتزامن للإشارات الخلوية وإفراز الهرمونات. وتعتمد الطريقة على التوصيل عبر الفيروسات الغدانية لمستشعر حيوي لـ cAMP ونظام تروية دقيقة لتمكين التحليل الديناميكي لاستجابات الأنسولين والجلوكاجون.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال البحث
- مرض السكري من النوع 1 والنوع 2
- بيولوجيا الجزر البشرية
- ديناميكيات تأشير الخلايا
خلفية علمية
- تُشكل الجزر البشرية هياكل كروية تفرض تحديات تجريبية.
- يعالج بروتوكول الجزر الاصطناعية (pseudoislet) هذه التحديات لضمان إدخال المستشعرات الحيوية بشكل فعال.
- يُعد فهم إشارات الجزر أمراً بالغ الأهمية لأبحاث مرض السكري.
الطرق المستخدمة
- التوصيل عبر الفيروسات الغدانية للتعبير عن المستشعرات الحيوية
- نموذج الجزر الاصطناعية البشرية الأولية
- نظام التروية الدقيقة لقياس إفراز الهرمونات
النتائج الرئيسية
- التسجيل المشترك الناجح للإشارات داخل الخلايا وإفراز الهرمونات.
- تمكين تحليل تأثيرات إسكات الجينات على وظيفة الجزر.
- المراقبة الديناميكية لاستجابات الإفراز في الوقت الفعلي.
الاستنتاجات
- توفر هذه الدراسة بروتوكولاً قوياً لفحص تأشير هرمونات الجزر.
- ولها تداعيات كبيرة على فهم بيولوجيا الجزر في مرض السكري.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
يتيح نظام الجزر الاصطناعية البشرية تقييماً كمياً ومتزامناً لإشارات الخلايا الداخلية وإفراز الهرمونات في خلايا الجزر البشرية الأولية، مما يعالج عقبة حرجة في عملية التحقق من أهداف علاج السكري. ومن خلال السماح بالتعديل الجيني ودمج المستشعرات الحيوية عبر هيكل الجزر ثلاثي الأبعاد، تعزز هذه المنصة الثقة التنبؤية في الدراسات الميكانيكية وتدعم قرارات المحافظ الاستثمارية المعدلة حسب المخاطر في أبحاث الأمراض الأيضية. كما أن دمجها لسير عمل التصوير الخلوي الحي والتروية الدقيقة يجعلها قدرة قابلة لإعادة الاستخدام في مراحل الاكتشاف المبكر ومسارات الأبحاث الانتقالية.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح استقصاء الفرضيات العلاجية من خلال ربط التأشير داخل الخلايا بإفراز الهرمونات في خلايا جزر البنكرياس البشرية.
- يسهل تقليل المخاطر البيولوجية من خلال إسكات الجينات أو توضيح المسارات المعتمدة على المستشعرات الحيوية في سياق ثلاثي الأبعاد ذي صلة فسيولوجياً.
- يدعم الثقة التنبؤية والتحقق الوظيفي من الأهداف لبرامج مرض السكري والأمراض الأيضية.
الفحص وتطوير المقايسة
- يجهز أنظمة جزر اصطناعية (pseudoislet) تم التحقق من صحتها لاستخدامها في فحص المركبات والتحاليل الميكانيكية اللاحقة.
- يوحد ظروف التحليل لضمان قياس كمي وقابل للتكرار لإفراز الهرمونات وديناميكيات المستشعرات الحيوية.
- يتيح تقييماً قابلاً للتوسع ومتعدد الإشارات للتدخلات المرشحة في نموذج ذو صلة بالبشر.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- يربط النتائج المخبرية (in vitro) ببيولوجيا جزر البنكرياس البشرية ذات الصلة بالمرض لتطوير مؤشرات حيوية ترجمية.
- يوفر استمرارية من مرحلة الاكتشاف وصولاً إلى التحقق قبل السريري من خلال تمكين الحد من المخاطر الميكانيكية في الأنسجة البشرية الأولية.
- يدعم قرارات التقدم المعدلة وفقاً للمخاطر من خلال دمج قراءات الوظائف وإشارات التواصل الخلوي.
تكامل سير العمل والمسارات التحليلية
يربط هذا النظام بين مراحل الاكتشاف المبكر، والتحقق من الهدف، والأبحاث قبل السريرية، من خلال تمكين الاستقصاء القائم على الفرضيات لإشارات ووظائف الجزر البنكرياسية ضمن سير عمل واحد.
- بيولوجيا الاكتشاف: يدعم اختبار الفرضيات الميكانيكية وتوضيح المسارات من خلال القراءات المتزامنة للمستشعرات الحيوية والهرمونات.
- المسح: يوفر نماذج جزر صناعية قابلة للتكرار وجاهزة للمقاييس من أجل التقييم الكمي للتدخلات.
- التحليلات: يوفر قياسات كمية ديناميكية لإشارات cAMP وإفراز الهرمونات لإجراء مقارنة قوية بين الظروف.
- البحث الانتقالي: يربط الرؤى الميكانيكية في المختبر ببيولوجيا الأمراض البشرية، مما يدعم توافق المؤشرات الحيوية.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: يوفر منصة قياسية وقابلة للتكيف للاستخدام المتكرر عبر برامج اكتشاف الأمراض الأيضية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في التحقق من أهداف مرض السكري.
- القيمة التشغيلية: تعزز التوحيد القياسي، وقابلية التكرار، وقابلية التوسع في المقايسات الوظيفية للجزر البنكرياسية.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن جودة قرارات المضي قدماً أو التوقف (go/no-go) وكفاءة رأس المال من خلال دمج البيانات الوظيفية وبيانات التأشير.
- التأثير على المحفظة: تتيح تحديد الأولويات المعدلة حسب المخاطر ودفع أصول أمراض التمثيل الغذائي إلى الأمام.
اعتبارات التنفيذ
- تتطلب خبرة في عزل الجزر البشرية، والتعديل الوراثي، وتصوير الخلايا الحية.
- تتطلب الوصول إلى المجهر البؤري (confocal microscopy)، وأنظمة التروية الدقيقة (microperifusion systems)، والتحليلات الهرمونية الكمية.
- تستلزم توحيد معايير تحضير الجزر الكاذبة (pseudoislet) وبروتوكولات المقايسة بين الفرق المختلفة.
- قد يكون التكييف ضرورياً لمصادر مانحين مختلفة أو نماذج مرضية متنوعة.
- تعتبر الإنتاجية والقابلية للتوسع محدودة بسبب توفر الأنسجة الأولية والتعقيد التقني.
![[كنفوكل] التصوير من Neuropeptide Y-فلورين: تقنية لتصور الأنسولين الحبيبية للرقابة في الجزيرات سليمة مورين والبشرية](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fcloudfront.jove.com%2FCDNSource%2Fteasers%2F56089.jpg%3Fv%3D2026-08-11T08%253A27%253A19.152Z&w=384&q=75)
