Bioimpresión tridimensional de cocultivos de neuronas-astrocitos derivados de iPSC humanos para aplicaciones de cribado
29 de septiembre de 2023
Aquí, presentamos un protocolo para producir cocultivos bioimpresos en 3D de neuronas y astrocitos derivados de iPSC. Este modelo de cocultivo, generado dentro de un andamio de hidrogel en formatos de 96 o 384 pocillos, demuestra una alta viabilidad post-impresión y crecimiento de neuritas en 7 días y muestra la expresión de marcadores de madurez para ambos tipos de células.
El modelado celular 3D es un campo novedoso que se ha expandido exponencialmente en la última década. Se ha demostrado que estos modelos facilitan el crecimiento neuronal y representan con mayor precisión los fenotipos de la enfermedad. Sin embargo, creemos que hay un cambio hacia la creación de estos modelos de mayor rendimiento y la necesidad de adoptar la automatización dentro del desarrollo.
Los métodos tradicionales de desarrollo de cultivos 3D pueden ser laboriosos y llevar mucho tiempo establecerlos, pero la bioimpresión 3D es una tecnología que se puede aplicar para ampliar estos procesos de desarrollo. Esta tecnología permite crear cientos de modelos idénticos de manera eficiente y sin errores humanos. Este protocolo desarrolla cultivos complejos porque las células neuronales se cultivan en 3D en matrices de hidrogel biológicamente activas.
Pero lo más importante es que este protocolo prioriza la velocidad y la comodidad en el desarrollo de modelos, que pueden faltar en este campo y pueden dificultar la implementación en la industria. Este protocolo define un método para establecer muchos cocultivos 3D de manera muy eficiente con una participación limitada de los usuarios. Esperamos que esto elimine las barreras para el uso de modelos complejos de cultivo celular dentro de ensayos de alto rendimiento y facilite una mayor investigación del efecto del cultivo 3D en los tipos de células neuronales.
Descripción general
Este estudio presenta un protocolo para la producción eficiente de cultivos cocultivos tridimensionales de neuronas y astrocitos derivados de iPSC dentro de andamios de hidrogel. El modelo desarrollado funciona en formatos de 96 o 384 pocillos y demuestra una alta viabilidad postimpresión y crecimiento de neuritas dentro de los siete días, expresando al mismo tiempo marcadores de madurez para ambos tipos celulares. Este enfoque pretende mejorar el rendimiento y la automatización de los sistemas de cultivo celular tridimensionales.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Biología celular
- Biotecnología
Antecedentes
- La modelización celular 3D ha avanzado rápidamente, permitiendo representaciones más precisas de los fenotipos de enfermedades.
- Los métodos tradicionales para el desarrollo de cultivos 3D suelen ser intensivos en mano de obra y consumen mucho tiempo.
- La bioimpresión 3D ofrece una solución mediante la automatización y escalado del desarrollo de cultivos complejos.
- Esta tecnología puede producir numerosos modelos idénticos rápidamente, minimizando el error humano en el proceso.
Objetivo del estudio
- Crear un protocolo de alto rendimiento para establecer cocultivos tridimensionales de células neuronales.
- Mejorar la velocidad y comodidad del desarrollo de modelos en la investigación en neurociencia.
- Facilitar investigaciones adicionales sobre los efectos de los ambientes de cultivo tridimensionales en los tipos celulares neuronales.
Métodos Utilizados
- La plataforma utiliza bioprinting 3D para crear cocultivos dentro de matrices de hidrogel.
- El modelo biológico incluye neuronas y astrocitos derivados de iPSC, cultivados en un entorno 3D controlado.
- Este protocolo enfatiza el establecimiento eficiente del cocultivo con mínima intervención del usuario.
- Los plazos clave implican la evaluación de la viabilidad celular y el crecimiento de neuritas dentro de un período de siete días.
- Se emplean andamios de hidrogel para sostener la integridad estructural y la funcionalidad de las células.
Resultados principales
- El modelo de cocultivo mostró una alta viabilidad celular postimpresión y un crecimiento significativo de neuritas dentro de los siete días.
- Ambos tipos celulares demostraron la expresión de marcadores de madurez, lo que indica un desarrollo exitoso.
- La creación rápida del modelo favorece aplicaciones de investigación más eficientes y pruebas adicionales.
- Las conclusiones destacan el potencial de este protocolo para superar las barreras existentes en los modelos de cultivo celular complejos.
Conclusiones
- El estudio demuestra un método novedoso para desarrollar sistemas de cocultivo 3D escalables en la investigación en neurociencia.
- Este avance podría tener un impacto significativo en el futuro de los ensayos de alto rendimiento en la investigación neural.
- Los conocimientos obtenidos mediante el uso de cultivos 3D podrían mejorar la comprensión de los mecanismos y la plasticidad neuronales.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La bioimpresión tridimensional de cultivos mixtos de neuronas y astrocitos derivados de iPSC humanas aborda la necesidad crítica de modelos escalables y fisiológicamente relevantes en el descubrimiento de fármacos en neurociencia. Esta plataforma permite la generación rápida y estandarizada de sistemas neuronales complejos adecuados para cribado de medio a alto rendimiento, apoyando directamente la validación inicial de dianas y el desarrollo de ensayos. Al superar las limitaciones de rendimiento y reproducibilidad, mejora la confianza predictiva y la toma de decisiones en las carteras de desarrollo de neuroterapéuticos.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biofarmacia
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la verificación de hipótesis sobre vías neuronales en un contexto tridimensional fisiológicamente relevante.
- Apoya la validación funcional de dianas mediante la modelización a gran escala de las interacciones entre neuronas y astrocitos.
- Facilita la reducción predictiva de riesgos mediante sistemas de cultivo conjunto estandarizados y reproducibles.
Desarrollo de ensayos y cribado
- Proporciona modelos neuronales 3D homogéneos compatibles con formatos de 96 y 384 pocillos para flujos de trabajo de cribado.
- Permite lecturas cuantitativas como el crecimiento de neuritas y la viabilidad para la evaluación de compuestos.
- Posibilita la estandarización y escalabilidad de ensayos, reduciendo la variabilidad manual y aumentando el rendimiento.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Proporciona microentornos neurales relevantes para la enfermedad, para la exploración traslacional de biomarcadores.
- Mantiene la continuidad desde el descubrimiento hasta la validación preclínica mediante la modelización de la fisiología neural humana.
- Reduce el riesgo de abandono en fases tardías al mejorar la relevancia biológica de las cribas iniciales.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
Este protocolo de bioimpresión 3D se integra en la continuidad de identificación desde el descubrimiento hasta el fármaco líder, permitiendo la generación rápida de modelos neuronales para cribado inicial y estudios mecanicistas.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías en sistemas neuronales relevantes para el ser humano.
- Selección: Proporciona resultados cuantitativos y reproducibles para la triage y priorización de compuestos.
- Análisis: Permite la medición de viabilidad, crecimiento de neuritas y expresión de marcadores para análisis comparativo.
- Investigación Traducional: Se alinea con estrategias de biomarcadores mediante la modelización de interacciones neuronas-astrocitos en 3D.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma escalable y estandarizada adaptable a través de programas de I+D en neurociencia.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de objetivos neuronales.
- Valor operativo: Agiliza el desarrollo de modelos mediante formatos de alto rendimiento listos para automatización.
- Valor estratégico: Mejora las decisiones de avance o interrupción de proyectos y la eficiencia del capital al permitir cribados iniciales robustos.
- Impacto en la cartera: Facilita la priorización ajustada al riesgo y el avance de candidatos a neuroterapéuticos.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en la diferenciación de iPSC y tecnologías de bioimpresión 3D.
- Necesita acceso a instrumentación para bioimpresión y matrices de hidrogel compatibles.
- Exige estandarización entre equipos para protocolos de ensayos y análisis de datos.
- Puede requerir adaptación para diferentes subtipos neuronales o modelos de enfermedades.
- El rendimiento del modelo depende de la optimización del origen celular y de la formulación del hidrogel.
