יצירה ומניפולציה של אורגנואידים במעיים של חולדות
23 ביוני 2023
כאן, אנו מציגים פרוטוקול ליצירת אורגנואידים במעיים של חולדות ומשתמשים בהם במספר יישומים במורד הזרם. חולדות הן לעתים קרובות מודל פרה-קליני מועדף, ומערכת אורגנואיד המעי החזקה ממלאת את הצורך במערכת חוץ גופית שתלווה מחקרי vivo .
במחקר זה ביססנו מודל אורגנואיד מעיים של חולדות שהוא חזק בתרביות תאים ארוכות טווח. אנו גם מדגימים את המניפולציות הגנטיות המוצלחות הראשונות באמצעות זיהום לנטיויראלי וטרנספקציה חולפת. מודל זה הוא כלי מצוין למניפולציה של ביולוגיית המעי בחולדה, שבה הכלים הגנטיים הזמינים in vivo מוגבלים.
אורגנואידים במעיים של חולדות היו בעבר קשים לתרבית לטווח ארוך. על ידי יצירת מודל אורגנואיד חזק של חולדות הניתן למניפולציה גנטית, אנו מספקים לחוקרים גמישות נוספת ובחירה לבחור מודל אורגנואיד המתאים ביותר לנסיבות הספציפיות שלהם. אורגנואידים של עכברי מעיים משמשים לחקר התנהגות תאי גזע, גורל תאים ופיזיולוגיה, אך הם יכולים להיות מודל תת-אופטימלי.
מכיוון שישנם הבדלים מרכזיים בין הביולוגיה של העכבר לבין הביולוגיה האנושית. מצד שני, אורגנואידים במעיים אנושיים יכולים להיות קשים להשגה, ויש להם דרישות מורכבות לתרבית תאים. מודל אורגנואיד החולדות שאנו מתארים כאן שומר על רלוונטיות פיזיולוגית מרכזית לביולוגיה האנושית, בעוד שהוא הרבה יותר קל לגישה ולטיפול מאשר אורגנואידים במעיים אנושיים.
פיתוח ואופטימיזציה של מודל אורגנואיד המעי של חולדות מאפשר מניפולציה גנטית, טיפולים תרופתיים ומחקרי תפוקה גבוהה יותר של ביולוגיה של המעי ומודל נגיש עם רלוונטיות פיזיולוגית מרכזית לבני אדם. בנוסף, אורגנואידים אלה של חולדות יאפשרו לחקור פיזיולוגיה ספציפית למין, גורלות תאים, וריאציות פנוטיפיות ומודלים של מחלות במעי.
סקירה כללית
מחקר זה בוחן את ביסוסו של מודל חסון של אורגנואידים של מעי חולדה המתאים לתרבית תאים לטווח ארוך. המודל מאפשר מניפולציות גנטיות ומשמש כמערכת in vitro נגישה להמשך חקר הביולוגיה של המעי הרלוונטית לפיזיולוגיה האנושית.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מחקר
- ביולוגיה של המעיים
- טכניקות למניפולציה גנטית
- מודלים פרה-קליניים
רקע
- חולדות הן מודל פרה-קליני מועדף.
- קשיים קודמים בגידול ארוך טווח של אורגנואידים של מעי חולדה.
- קיימים הבדלים מרכזיים בין ביולוגיה של עכברים לזו של בני אדם, העשויים להשפיע על תוצאות המחקר.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הדבקה בלנטי-וירוס והטרנספקציה זמנית לביצוע שינויים גנטיים.
- אורגנואידים של מעי חולדה כמערכת הביולוגית.
- שיטות לתרבית תאים ולניתוח להפקת אורגנואידים.
תוצאות עיקריות
- הפקה ותחזוקה מוצלחים של אורגנואידים של מעי חולדה.
- הדגמת היכולת למניפולציה גנטית של האורגנואידים.
- אספקת חלופה חלופית וישירה למודלים של אורגנואידים של עכברים ובני אדם למחקרים ביולוגיים.
מסקנות
- המחקר מציע מודל חדשני של אורגנואידי מעי של חולדה התומך במניפולציה גנטית.
- מודל זה יכול לשפר משמעותית את המחקר בביולוגיה של המעי עם רלוונטיות לבני אדם.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
אורגנואידים עמידים של מעי חולדה מאפשרים לצוותי ביו-פארמה לבחון ביולוגיה של המעי במודל בעל רלוונטיות פיזיולוגית גבוהה יותר לבני אדם מאשר מערכות של עכברים, תוך שהם נשארים נגישים יותר מאורגנואידים שמקורם בבני אדם. פלטפורמה זו תומכת במניפולציה גנטית ובמחקרים בסריקה רחבה (high-throughput), ובכך היא נותנת מענה לפער קריטי במידול מחלות ובתיקוף מטרות (target validation) במחקר גסטרו-אינטסטינלי. המודל משפר את הביטחון החזוי ואת הרציפות התרגומנית (translational continuity) בנקודות ציון מוקדמות של גילוי ושלב פרה-קליני.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה תפקודית של נתיבים במעי והחלטות לגבי גורל תאים במערכת רלוונטית פיזיולוגית.
- תומך במניפולציה גנטית לצורך הפחתת סיכונים מכניסטיים ותיקוף מטרות במקרים שבהם הכלים הזמינים למשואים in vivo בחולדות מוגבלים.
- מסייע במחקרים השוואתיים של ביולוגיה של המעי הספציפית למין, כדי לספק מידע לבחירה ותיעדוף של מטרות.
סריקה ופיתוח בדיקה (Assay)
- מספקת פלטפורמה סטנדרטית וניתנת לשחזור לבדיקות פרמקולוגיות ולסריקת תרכובות.
- תומכת בפיתוח של בדיקות נפיחות פונקציונליות ומדדים כמותיים עבור זרימות עבודה המשך.
- מאפשרת הכנה של שכבות חד-שכבתיות (monolayers) דו-ממדיות ואורגנואידים תלת-ממדיים עבור פורמטים מגוונים של בדיקות.
מחקר תרגומי וטרום-קליני
- מתאימה מודלים פרה-קליניים לפיזיולוגיה של מעי האדם לשיפור הרלוונטיות התרגומית.
- מאפשרת חקירה של פנוטיפים ספציפיים למחלה ותגובות של סמנים ביולוגיים במערכת in vitro ניתנת להרחבה.
- מגשרת בין שלב הגילוי לאימות פרה-קליני על ידי אפשור מניפולציה גנטית ופארמקולוגית ברקמה המופקת מחולדה.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
פלטפורמה זו של אורגנואידים מחולבים מתאימה לשלבים החל מגילוי מוקדם ועד למחקר פרה-קליני, ותומכת בבדיקת היפותזות, תיקוף מטרות ומחקרים תרגומיים.
- ביולוגיה של גילוי: מסייעת בהבהרת מסלולים ובהפחתת סיכונים ביולוגיים באמצעות בדיקות גנטיות ופונקציונליות.
- סריקה: מספקת תרביות אורגנואידים הניתנות לשחזור ומוכנות לבדיקה, לצורך הערכת תרכובות וסריקה פנוטיפית.
- אנליזה: מספקת פלטיים כמותיים מבדיקות פונקציונליות והדמיה להשוואת נתונים איתנה.
- מחקר תרגומי: תומכת במידול מחלות ובתיאום סממנים ביולוגיים במערכת חולדות רלוונטית פיזיולוגית.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה מודל גמיש וניתן להרחבה, שניתן להתאימו למספר תוכניות מחקר והקשרי מחלה.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי ומפחית עמימות מכניסטית בתיקוף מטרות במעי.
- ערך תפעולי: סטנדרטיזציה של תהליכי עבודה ושיפור השחזוריות במחקרים גנטיים ופארמקולוגיים.
- ערך אסטרטגי: מאפשר קבלת החלטות טובה יותר לגבי המשך או הפסקה של פיתוחים (go/no-go) ויעילות הון באמצעות התאמת מודלים לביולוגיה אנושית.
- השפעה על פורטפוליו: תומך בתעדוף מותאם סיכון ובקידום של תוכניות למערכת העיכול.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בתרביות אורגנואידים, מניפולציה גנטית ופיתוח בדיקות תפקודיות.
- נדרשת גישה לתשתיות תרביות תאים, דימיג'ינג (imaging) וכלי ביולוגיה מולקולרית.
- נדרשת סטנדרטיזציה בין צוותים להבטחת השחזוריות וההשוואתיות של הנתונים.
- ייתכן שיהיה צורך בהתאמה עבור אזורי מעי שונים או מודלים של מחלות.
- יש לתקף את יציבות התרבית לטווח ארוך ואת יכולת השכפול (scalability) עבור כל יישום.
