نموذج الحويصلات الهوائية على الرقاقة المناعي لدراسة الاستجابات المناعية المخاطية السنخية
مايو 31, 2024
نماذج الرئة على رقاقة تتجاوز الثقافات التقليدية 2D من خلال محاكاة واجهة الهواء السائل ونضح الخلايا البطانية، ومحاكاة تدفق الدم وتبادل المغذيات حاسمة لدراسات فسيولوجيا الرئة. هذا يعزز أهمية أبحاث الرئة ، ويوفر بيئة ديناميكية ودقيقة من الناحية الفسيولوجية لتعزيز فهم وعلاج التهابات الجهاز التنفسي.
نحن نطور نماذج ذات صلة من الناحية الفسيولوجية في المختبر للإجابة على السؤال الميكانيكي في الالتهابات البشرية. ينصب تركيزنا على الاستجابة المناعية للمضيف. عندما نستخدم هذا النموذج لتشريح التفاعل المعقد لمسبب المرض مع المضيف لتحديد الأهداف الجزيئية والخلوية للخيارات العلاجية في العدوى البشرية.
العمل على نموذج رقاقة مثل نموذج الرئة على الرقاقة ، متوازن مع التعقيد المنطقي مع احتياجات بحثية محددة ، وتقديم رؤى حول تنظيم استجابة الإنسان المضيف. يحاكي هذا النظام في التركيب الخلوي الحي وهيكل 3D ، مما يوفر ظروفا أكثر تحديدا وإنتاجية عالية من التجارب على. في تقنية الرئة على الرقاقة ، يتمثل أحد التحديات الأساسية في اختيار أنواع الخلايا المناسبة التي تحاكي وظائف الرئة المعقدة لنتائج دراسة العدوى.
علاوة على ذلك ، فإن تمديد الإطار الزمني للتجربة إلى ما بعد النماذج التقليدية في المختبر أمر بالغ الأهمية. الاستفادة هي القدرة الرخيصة للحفاظ على صلاحية الخلية مع التدفق المستمر للمغذيات لمراقبة أطول ، والتجربة ضرورية أيضا. قمنا بتطوير نموذج قاعدة الموائع الدقيقة للحويصلات الهوائية البشرية كأداة فعالة لتقليد البيئة السنخية البشرية.
تم تحقيق ذلك من خلال تطبيق التروية لتقليد تدفق الدم ، وكذلك عن طريق التحفيز الميكانيكي للخلايا البطانية. وكذلك دمج واجهة الهواء السائل للخلايا الظهارية عن طريق تعريضها للهواء. والخطوة التالية هي توسيع هذا النموذج إلى منصة أكثر تقدما ، مثل النموذج المستحث متعدد القدرات القائم على الخلايا الجذعية.
من خلال القيام بذلك ، نهدف إلى تقريب الطب الشخصي من التطبيق ، لا سيما في سياق اختبار الأدوية المضادة للفيروسات ، وكأداة للبحث الطبي الحيوي وتطوير الأدوية.
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تطوير نماذج "الرئة على شريحة" (lung-on-chip) التي تحاكي الواجهة بين الهواء والسائل وتروية الخلايا البطانية، مما يعزز فهم العدوى التنفسية. وتوفر هذه النماذج بيئة ديناميكية ودقيقة فسيولوجياً لأبحاث الرئة.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- علم الأعصاب
- علم الأحياء
- النماذج المختبرية
خلفية علمية
- تفتقر المزارع التقليدية ثنائية الأبعاد (2D) إلى الصلة الفسيولوجية.
- تحاكي تقنية "الرئة على شريحة" (Lung-on-chip) الظروف الموجودة داخل الجسم الحي.
- يعد فهم التفاعلات بين المضيف والممرض أمراً بالغ الأهمية لتطوير العلاجات.
- تشمل التحديات اختيار أنواع الخلايا المناسبة لضمان الوظيفة.
الغرض من الدراسة
- تطوير نماذج مخبرية تعكس بدقة العدوى البشرية.
- تحليل التفاعلات بين المسببات المرضية والعائل البشري.
- تحديد الأهداف الجزيئية والخلوية للعلاجات.
الطرق المستخدمة
- تقنية العضو على شريحة
- اختيار أنواع الخلايا ذات الصلة
- التجارب عالية الإنتاجية
- الأطر الزمنية التجريبية الممتدة
النتائج الرئيسية
- توفر نماذج الرئة على شريحة رؤى حول تنظيم استجابة المضيف البشري.
- توازن هذه النماذج بين التعقيد البيولوجي والاحتياجات البحثية المحددة.
- وهي توفر ظروفاً أكثر تحديداً مقارنة بالنماذج التقليدية المختبرية (in vitro).
- تسمح الأطر الزمنية الممتدة بمحاكاة أفضل لدراسات العدوى.
الاستنتاجات
- تعزز نماذج الرئة على شريحة (Lung-on-chip) من دقة وأهمية أبحاث الرئة.
- تسهل هذه النماذج فهماً أفضل للعدوى التنفسية.
- تعد هذه النماذج حاسمة في تطوير الخيارات العلاجية.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
يوفر نموذج الحويصلة الهوائية على شريحة ذو الكفاءة المناعية منصة ذات صلة فسيولوجية ومشتقة من البشر لتحليل الاستجابات المناعية للمخاط الرئوي تجاه العدوى. ومن خلال دمج أنواع الخلايا الحويصلية الرئيسية ومحاكاة الظروف الميكانيكية الحيوية وظروف التروية، يعزز هذا النظام من الثقة التنبؤية في التحقق من الأهداف في المراحل المبكرة وتقليل المخاطر الآلية لاكتشاف أدوية الجهاز التنفسي. كما أن توافقه مع المقاييس المناعية المعيارية يجعله مورداً قابلاً لإعادة الاستخدام في أبحاث العدوى والمناعة على مستوى المحفظة البحثية.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير الصيدلاني الحيوي
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح الاستقصاء الميكانيكي للتفاعلات بين المضيف والممرض في سياق سنخي ذي صلة بالبشر.
- يدعم التحقق الوظيفي من الأهداف من خلال محاكاة التفاعل المتبادل بين الخلايا المناعية والخلايا الظهارية والخلايا البطانية.
- يسهل تقليل المخاطر البيولوجية عن طريق نمذجة الاستجابات النسيجية المعقدة للعدوى.
- يعزز الثقة التنبؤية لاختبار الفرضيات العلاجية في المؤشرات التنفسية.
الفحص وتطوير المقايسة
- يوفر منصة موحدة وقابلة للتكرار للمقايسات المناعية ومقايسات العدوى الكمية.
- يدعم التألق المناعي، وتحديد خصائص السيتوكينات، وتحليل CFU/plaque للحصول على نتائج دقيقة وقوية.
- يتيح التحضير القابل للتوسع لنماذج أنسجة السنخ المعتمدة لتقييم المركبات.
- يعزز جاهزية المقايسات لفحص العوامل المضادة للعدوى أو المعدلة للمناعة.
الأبحاث الترجمية وما قبل السريرية
- يتوافق مع بيولوجيا الرئة البشرية ذات الصلة بالمرض لاستكشاف المؤشرات الحيوية الترجمية.
- يربط بين مرحلة الاكتشاف والتحقق قبل السريري من خلال نمذجة الاستجابات المناعية البشرية لمسببات الأمراض.
- يدعم قرارات التقدم المعدلة حسب المخاطر لبرامج العدوى التنفسية.
- يوفر تقليل مخاطر ميكانيكي لاختيار المرشحين في المسارات قبل السريرية.
تكامل خطوط المعالجة وسير العمل
يتكامل هذا النموذج ضمن التسلسل الممتد من مرحلة الاكتشاف إلى المرحلة قبل السريرية، مما يتيح اختبار الفرضيات، والتحقق من الأهداف، وإجراء البحوث الانتقالية لمحفظة علاجات العدوى التنفسية.
- بيولوجيا الاكتشاف: تحليل الأهداف الجزيئية والخلوية من خلال نمذجة الاستجابات المناعية السنخية البشرية.
- الفحص: تقديم مخرجات كمية قابلة للتكرار لمقايسات المناعة والعدوى.
- التحليلات: دعم التحليل المقارن للتنشيط المناعي، وسلامة الحاجز، والعبء الممرض.
- الأبحاث الترجمية: توفير الاستمرارية لدراسات المؤشرات الحيوية والدراسات الميكانيكية في أنظمة ذات صلة بالبشر.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: العمل كمنصة قابلة لإعادة الاستخدام لمبادرات متنوعة في أبحاث العدوى والمناعة.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في التحقق من صحة الهدف.
- القيمة التشغيلية: توحد مقاييس العدوى والاستجابة المناعية لضمان القابلية للتكرار والتوسع.
- القيمة الاستراتيجية: تتيح اتخاذ قرارات مدروسة بشأن المضي قدماً أو التوقف، وإدارة المحفظة بكفاءة رأس مالية.
- تأثير المحفظة: تدعم ترتيب الأولويات المعدلة حسب المخاطر وتطوير أصول علاج عدوى الجهاز التنفسي.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في هندسة الأنسجة، والموائع الدقيقة، والمقاييس المناعية.
- يستلزم الوصول إلى أجهزة متخصصة لتروية الرقاقة والتحفيز الميكانيكي الحيوي.
- يستوجب توحيد معايير مصادر الخلايا وبروتوكولات المقاييس بين الفرق المختلفة.
- قد يتطلب التكيف مع أنواع أخرى من خلايا الرئة أو نماذج الأمراض تحسيناً للبروتوكول.
- تشمل القيود العملية قيود الإنتاجية والحاجة إلى بنية تحتية تحليلية قوية.
الأسئلة الشائعة حول الصناعات الدوائية الحيوية
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
