מערכת פסאודואיסלט אנושית להערכה סינכרונית של דינמיקה ביו-חיישנית פלואורסצנטית ופרופילי הפרשת הורמונים
3 בנובמבר 2023
פרוטוקול זה מתאר שיטה לרכישה סינכרונית ורישום משותף של אירועי איתות תוך תאיים והפרשת אינסולין וגלוקגון על ידי פסאודואיסטים אנושיים ראשוניים באמצעות העברה אדנו-ויראלית של ביו-סנסור מחזורי אדנוזין מונופוספט (cAMP), גלאי הפרשי cAMP באתרו (cADDis) ומערכת מיקרופריפיוזיה.
המעבדה שלנו פועלת כדי להבין, למנוע ולהפוך תפקוד לקוי של תאי בטא והפרעות עפעפיים אחרות בסוכרת מסוג 1 וסוג שתיים. המחקרים שלנו מתמקדים בפתוגנזה של סוכרת אנושית על ידי שילוב מחקרים על הלבלב האנושי וביולוגיה של העפעפיים ובריאות ומחלות. עיניות אנושיות הן מבנים כדוריים תלת-ממדיים, וגישה לתאים לאורך כל העין מציבה כמה אתגרים ניסיוניים.
לדוגמה, כאשר מנסים להציג חיישנים ביולוגיים כדי להבין איתות של תאי ראייה, פרוטוקול העפעפיים המדומים שלנו מתגבר על אתגר זה על ידי ביצוע מניפולציות גנטיות במצב התא הבודד וצבירה של תאי ראייה אנושיים מותמרים אלה לעפעפיים מדומים עבור מחקרים במורד הזרם. מערכת העפעפיים המדומה שלנו מאפשרת לנו לבטא חיישנים ביולוגיים לאורך כל העין, ולא רק על פני העפעפיים. בשילוב עם דימות תאים חיים ומערכת מיקרופרפוזיה, אנו יכולים למדוד ולרשום במשותף תהליכים תוך-תאיים דינמיים עם הפרשת הורמונים במורד הזרם.
פרוטוקול זה יכול להיות מיושם כדי לענות על מגוון רחב של שאלות מדעיות חשובות. לדוגמה, אסטרטגיות להשתקת גנים יכולות להיות משולבות עם גישה זו כדי להבין את ההשפעה של גן מעניין על תפקוד העפעפיים ומסלולי איתות הקשורים, באופן גלובלי או ספציפי לעצמו.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה בוחן תפקוד לקוי של תאי בטא והפרעות באיי לבלב בסוכרת, תוך שימוש במערכת מודל של פסאודו-איים (pseudoislet) לרכישה סינכרונית של איתות תאי והפרשת הורמונים. השיטה עושה שימוש בהעברה אדנו-ויראלית של ביו-סנסור ל-cAMP ומערכת מיקרו-פריפוזיה (microperifusion) כדי לאפשר ניתוח דינמי של תגובות אינסולין וגוקגון.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מחקר
- סוכרת סוג 1 וסוג 2
- ביולוגיה של איים בלבקרת אינסולין אנושיים
- דינמיקה של העברת אותות בתאים
רקע
- איי לבלב אנושיים הם מבנים כדוריים המציבים אתגרים ניסיוניים.
- פרוטוקול הפסאודו-אי (pseudoislet) פותר את אתגרים אלו לצורך השמצה יעילה של חיישנים ביולוגיים.
- הבנת האיתות של איים (islets) היא קריטית למחקר על סוכרת.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- העברה אדנו-ויראלית לביטוי ביו-סנסור
- מודל פסאודו-איים ראשוני של בני אדם
- מערכת מיקרו-פריפוזיה למדידת הפרשת הורמונים
תוצאות עיקריות
- רישום משותף מוצלח של סיגנל תוך-תאי ושחרור הורמונים.
- אפשרה ניתוח של השפעות השתקת גנים על תפקוד האיים.
- ניטור דינמי של תגובות הפרשה בזמן אמת.
מסקנות
- מחקר זה מספק פרוטוקול חסון לבחינת שדרור הורמונלי של איים.
- יש למחקר השלכות משמעותיות להבנת הביולוגיה של האיים בסוכרת.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מערכת הפסאודואילט (pseudoislet) האנושית מאפשרת הערכה כמותית וסינכרונית של אותיות תוך-תאיות והפרשת הורמונים בתאי אילט אנושיים ראשוניים, ובכך פותרת צוואר בקבוק קריטי באישור מטרות לטיפול בסוכרת. על ידי מתן אפשרות למניפולציה גנטית ושילוב של חיישנים ביולוגיים (biosensors) לאורך מבנה האילט התלת-ממדי, פלטפורמה זו מגבירה את רמת הוודאות החזויית במחקרים מכניסטיים ותומכת בקבלת החלטות מותאמות סיכון בניהול תיקי מחקר למשבים מטבוליים. השילוב של תהליכי דימיון של תאים חיים ומיקרו-פריפוזיה (microperifusion) ממצב אותה כיכולת הניתנת לשימוש חוזר בקווי תגליות מוקדמות ובמחקרים תרגומיים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות על ידי קישור בין אותות תוך-תאיים להפרשת הורמונים בתאי איים של בני אדם.
- מסייע בהפחתת סיכונים ביולוגיים באמצעות השתקת גנים או הבהרה של נתיבים מבוססת חיישנים ביולוגיים בהקשר תלת-ממדי רלוונטי פיזיולוגית.
- תומך בביטחון חיזוי ובתיקוף פונקציונלי של מטרות עבור תוכניות למחלות מטבוליות וסוכרת.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מכין מערכות פסאודו-אי-לפנים (pseudoislet) שעברו תיקוף לצורך סריקת תרכובות ובדיקות מכניסטיות בהמשך התהליך.
- מסטנדרט את תנאי הבדיקה למדידה כמותית וניתנת לשחזור של הפרשת הורמונים ודינמיקת ביו-סנסורים.
- מאפשר הערכה רב-ערוצית (multiplexed) וניתנת להרחבה של התערבויות מועמדות במודל הרלוונטי לבני אדם.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה ממצאים in vitro לביולוגיה של אילקי לבלב אנושיים הרלוונטית למחלה לצורך פיתוח ביומרקרים טרנסלציונליים.
- מספקת רצף משלב הגילוי ועד לתיקוף פרה-קליני על ידי אפשור הפחתת סיכונים מכניסטית ברקמה אנושית ראשונית.
- תומכת בהחלטות קידום מותאמות סיכון באמצעות שילוב של מדדים תפקודיים ומדדי איתות.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
מערכת זו מגשרת בין שלבי הגילוי המוקדמים, תיקוף המטרה ומחקרים פרה-קליניים, על ידי כך שהיא מאפשרת בחינה מונחית-השערה של הסיגנלינג והתפקוד של האיים בתוך זרימת עבודה אחת.
- ביולוגיה של הגילוי: תומך בבדיקת השערות מכניסטיות ובבירור מסלולים באמצעות קריאות סינכרוניות של ביו-סנסורים והורמונים.
- סריקה: מספק מודלים של פסאודו-איים (pseudoislet) הניתנים לשחזור ומוכנים לבדיקה, לצורך הערכה כמותית של התערבויות.
- אנליטיקה: מספק מדידות כמותיות ודינמיות של סיגנל cAMP והפרשת הורמונים להשוואה חסונה בין תנאים.
- מחקר תרגומי: מקשר תובנות מכניסטיות in vitro לביולוגיה של מחלות באדם, ותומך בהתאמה של סממנים ביולוגיים (biomarkers).
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פלטפורמה סטנדרטית וניתנת להתאמה לשימוש חוזר בתוכניות גילוי של מחלות מטבוליות.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות לסוכרת.
- ערך תפעולי: משפר את הסטנדרטיזציה, השחזוריות והיכולת להרחבה (scalability) של בדיקות תפקוד של איים.
- ערך אסטרטגי: משפר את איכות קבלת החלטות ה-go/no-go ואת יעילות ההון על ידי שילוב נתוני תפקוד ואיתות.
- השפעה על הפורט폴יו: מאפשר תיעדוף וקידום של נכסים למחלות מטבוליות בהתאם לסיכון.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בבידוד איים לבלב אנושיים, מניפולציה גנטית ודימיון תאים חיים.
- מחייב גישה למיקרוסקופיה קונפוקלית, מערכות מיקרו-פריפוזיה ואנליזה הורמונלית כמותית.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי הכנת פסאודו-איים (pseudoislets) ובדיקות.
- ייתכן שיהיה צורך בהתאמה למקורות תורמים שונים או למודלים של מחלות.
- התפוקה והיכולת להרחבה מוגבלות על ידי זמינות רקמה ראשונית ומורכבות טכנית.
