Nutzung der MicroSiM (μSiM) Barrieregewebeplattform zur Modellierung der Blut-Hirn-Schranke
12. Januar 2024
Dieser Bericht enthält Protokolle für den Aufbau, die Zellkultur und die Assays auf der μSiM-Plattform für den Aufbau von Blut-Hirn-Schrankenmodellen.
Wir entwickeln ein Gewebe-GI-Modell der Blut-Hirn-Schranke, um die Auswirkungen der Sepsis auf das Gehirn und den Beitrag von durch Blut übertragenen Faktoren zu verstehen. Verwendung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen. Wir planen, den Beitrag genetischer Faktoren zur Anfälligkeit bestimmter Patientenpopulationen zu untersuchen.
Aktuelle experimentelle Herausforderungen innerhalb der Tissue-Chip-Community sind die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und die Übernahme von Techniken durch externe Labore. Einzigartige Tissue-Chip-Designs, kleine Volumina innerhalb von Tissue-Chips und das Fehlen von funktionellen Standardassays tragen zu diesen Herausforderungen bei und beschränken die Anwender oft auf fluoreszenzbasierte Assays als primären Output. Mikro-Simm-Geräte bieten Modularität für vielseitige In-vitro-Modellierung, eine Glaslichtoberfläche, die sich ideal für hochauflösende Lifestyle-Bildgebung eignet, und eine hochproduzierte Ultra-Syn-100-Nanometer-Nanomembran, die ein nahtloses Übersprechen löslicher Faktoren und präzise Permeabilitätsassays gewährleistet.
Mit dem Mikro-Simm haben wir gesehen, dass bestimmte Zelltypen dazu neigen, mehr von den Matrixproteinen zu produzieren, die ein unterstützendes Gerüst um die Blutgefäße des Gehirns bilden. Jetzt können wir uns fragen, ob Entzündungen dazu führen, dass dieselben Zellen ihre Matrizen stärken oder abbauen und dadurch die Integrität der Barriere verändern. In Zukunft werden wir das Modell um ein weiteres Kompartiment mit grünen Zellen wie Astrozyten und Mikroglia erweitern, um zu untersuchen, wie diese Zellen bei systemischen Entzündungen wie Sepsis mit der Blut-Hirn-Schranke interagieren.
Wir planen auch, weitere Ursachen systemischer Entzündungen wie postoperatives Delir zu untersuchen, das mit Demenz überlagert ist.
Übersicht
Diese Studie entwickelt ein Gewebechip-Modell der Blut-Hirn-Schranke, um die Auswirkungen einer Sepsis auf die Gehirnfunktion zu untersuchen. Unter Verwendung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen zielt die Forschung darauf ab, genetische Faktoren zu bewerten, die die Anfälligkeit von Patienten beeinflussen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Zellbiologie
- Gewebetechnik
Hintergrund
- Das Verständnis der Blut-Hirn-Schranke ist entscheidend für die Erforschung neurologischer Erkrankungen.
- Zu den aktuellen Herausforderungen gehören Reproduzierbarkeit und Standardisierung in der Gewebechip-Technologie.
- MicroSIM-Geräte bieten innovative Lösungen für die In-vitro-Modellierung.
- Die Auswirkung von Entzündungen auf die Integrität der Schranke ist ein zentrales Forschungsfeld.
Zweck der Studie
- Ein zuverlässiges Modell zur Untersuchung der Dynamik der Blut-Hirn-Schranke erstellen.
- Untersuchen, wie systemische Entzündungen die Gesundheit des Gehirns beeinflussen.
- Die Rolle verschiedener Zelltypen bei der Aufrechterhaltung der Barrierestabilität bewerten.
Verwendete Methoden
- Montage von Mikro-SIM-Geräten für die Zellkultur.
- Protokolle zur Zellseeding und Inkubation von endothelialen Zellen.
- Immunfärbetechniken zur Visualisierung von Zellwechselwirkungen.
- Konfokale Mikroskopie zur Bildgebung und Analyse von Barriereeigenschaften.
Hauptergebnisse
- MicroSIM-Geräte zeigten wirksame Bedingungen für die Zellkultur.
- Entzündungen veränderten die Produktion von Matrixproteinen.
- Optimale Ansiededichten wurden für eine effektive Kokultur identifiziert.
- Deutliche Zellschichten wurden beobachtet, was auf eine erfolgreiche Modellentwicklung hinweist.
Schlussfolgerungen
- Die microSIM-Plattform ist ein aussichtsreiches Werkzeug zur Untersuchung der Blut-Hirn-Schranke.
- Zukünftige Studien werden das Modell um Astrozyten und Mikroglia erweitern.
- Diese Forschung könnte zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen systemischer Entzündungen auf das Gehirn führen.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die mikroSiM (µSiM) Barriergewebeplattform ermöglicht eine fortschrittliche Modellierung der Blut-Hirn-Schranke (BBB) mit Live-Cell-Imaging und direkter quantitativer Permeabilitätsbestimmung. Diese Fähigkeit behebt Reproduzierbarkeits- und Standardisierungsprobleme in der präklinischen BBB-Forschung und unterstützt die Vorhersagegenauigkeit in der ZNS-Wirkstoffforschung sowie die mechanistische Risikominimierung. Die Kompatibilität der Plattform sowohl mit primären als auch mit hiPSC-abgeleiteten Zellen stellt sie als wiederverwendbares Instrument für translationale Neurowissenschafts-Portfolios dar.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die Untersuchung der Integrität der Blut-Hirn-Schranke und zellulärer Wechselwirkungen unter krankheitsrelevanten Bedingungen.
- Unterstützt die mechanistische Risikominderung, indem eine direkte Beurteilung der Dynamik von Matrixproteinen und der Schrankenfunktion ermöglicht wird.
- Erleichtert die funktionelle Target-Validierung durch quantitative Permeabilitätsassays und immunfluoreszenzbasierte Nachweise.
Screening und Assay-Entwicklung
- Bietet ein standardisiertes, modulares System zur reproduzierbaren Einrichtung von BBB-Modellen in verschiedenen Laboren.
- Liefert quantitative Ergebnisse für Permeabilität und Immunfärbung und unterstützt die Entwicklung und Optimierung von Assays.
- Ermöglicht hochauflösende Bildgebung und direkte Auswertung ohne Membranextraktion, wodurch die Integration in Arbeitsabläufe vereinfacht wird.
Translationale und präklinische Forschung
- Modelliert die humane Blut-Hirn-Schranke unter Verwendung sowohl primärer als auch aus hiPSCs abgeleiteter Zellen und verbessert dadurch die Krankheitsrelevanz und die translationale Kontinuität.
- Ermöglicht die Untersuchung genetischer und entzündlicher Faktoren, die die Funktion der Blut-Hirn-Schranke beeinflussen, und unterstützt die Abstimmung von Biomarkern.
- Erleichtert risikoadjustierte Entscheidungen über die Weiterentwicklung, indem robuste und reproduzierbare Daten zur Schrankenfunktion bereitgestellt werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die microSiM-Plattform eignet sich von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung und ermöglicht die Hypothesenprüfung, Assay-Entwicklung sowie translationsmedizinische Forschung in CNS-Wirkstoffentwicklungsprogrammen.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt mechanistische Untersuchungen zur Integrität der Blut-Hirn-Schranke, zur Matrixumgestaltung und zum zellulären Wechselspiel unter entzündlichen oder genetischen Störungen.
- Screening: Bietet reproduzierbare, quantitative Durchlässigkeitsergebnisse und immunfluoreszenzbasierte Auswertungen zur Beurteilung von Substanzen.
- Analytik: Ermöglicht die direkte Messung der Barrierefunktion und der Integrität der Zellschicht und unterstützt somit den Vergleich zwischen verschiedenen experimentellen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Passt gut zu menschlichen Krankheitsmodellen, da hiPSC- und primäre Zell-Kokulturen verwendet werden.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine modulare, standardisierte Plattform, die an unterschiedliche Anforderungen in der BBB-Forschung und beim Screening angepasst werden kann.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen in BBB-Studien.
- Operationaler Wert: Verbessert die Reproduzierbarkeit, Standardisierung und Skalierbarkeit zwischen Forschungsteams.
- Strategischer Wert: Verbessert Go/No-Go-Entscheidungen und Kapitalnutzungseffizienz, indem robuste, quantitative Daten bereitgestellt werden.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung und Weiterentwicklung von zentralnervensystemgerichteten Wirkstoffen.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in Zellkultur, Immunfärbung und konfokaler Bildgebung.
- Benötigt Zugang zu Mikro-SiM-Geräten, Biosicherheitsinfrastruktur und analytischen Messgeräten.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise über Teamgrenzen hinweg für reproduzierbare Permeabilitäts- und Bildgebungsanalysen voraus.
- Einsatzmöglichkeiten sowohl mit primären als auch mit hiPSC-abgeleiteten Zellmodellen erweitern die Anwendbarkeit.
- Hängt von einer sorgfältigen Optimierung der Ansiededichten und Kulturdauern für die Barrierekreifung ab.
