יצירת מערכת תרבית חד-שכבתית דו-ממדית ראשונית שמקורה באנטרואיד בקר ליישומים במחקר ביו-רפואי תרגומי
5 באפריל 2024
אנטרואידים מתגלים כמודל חדשני לחקר פיזיולוגיה ופתופיזיולוגיה של רקמות, פיתוח תרופות ורפואה רגנרטיבית. כאן, אנו מתארים מערכת תרבית דו-ממדית ממקור אנטרואידים של תאים ראשוניים בקר, המאפשרת תרבית משותפת עם סוגי תאי רקמה רלוונטיים. מודל זה מציע יתרון תרגומי למודלים של מחקר במערכת העיכול.
המעבדה שלנו מתמקדת בבחינת אינטראקציות מארח-פתוגן והדינמיקה של תאי מערכת החיסון המתרחשות לאחר זיהום. על ידי שימוש במודל תרבית תאים חזק, אנו מקווים לשקף מקרוב יותר את האינטראקציות המורכבות המתרחשות in vivo ברמת הרקמה. חלק מהספרות שפורסמה המתארת התחדשות בין-גבית בבקר חסרה את הפרטים הדרושים כדי שהפרוטוקול יהיה ניתן לשחזור בקלות, מה שהופך את יישומו על ידי חוקרים חסרי ניסיון למאתגר.
היתרון של המודל שלנו הוא שאנו מספקים פרוטוקול מפורט ביותר שיכול לשמש בהצלחה חוקרים מתחילים. יצירת Transwell monolayer מאפשרת תרבית משותפת עם תאים חיסוניים, חושפת תובנות על אינטראקציה פתוגן רקמות תוך שמירה על ארגון in vivo. מודל רב-תכליתי זה הוא בעל ערך לחקר מחלות בקר רבות עם מורכבות מעבר למודלים של תאים בודדים.
המעבדה שלנו תשתמש במודל זה כדי לחקור את הגורמים החיסוניים המשפיעים על רגישות לזיהום קריפטוספורידיום. זה יקל על השוואה בין בקר בוגר לעגלים תוך שמירה על ארכיטקטורת רקמות במיקרו-סביבה של תאי החיסון. לממצאים מעבודה זו יש פוטנציאל תרגומי ישיר לבריאות האדם.
סקירה כללית
מחקר זה מציג מערכת תרבית דו-ממדית (2D) של Enteroids המופקים מתאי בקר ראשוניים, לבחינת פיזיולוגיה ופתופיזיולוגיה של רקמות במערכת העיכול. המודל מאפשר תרבית משולבת (co-culture) עם סוגי תאי רקמה רלוונטיים, ובכך משפר את המחקר התרגומי של מחלות במערכת העיכול.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי העצבים
- ביולוגיה של התא
- גסטרואנטרולוגיה
רקע
- אנטרואידים (Enteroids) הם מודל חדשני לחקר אינטראקציות בין רקמות.
- בספרות הקיימת חסרים פרוטוקולים הניתנים לשחזור עבור חוקרים מתחילים.
- המודל שואף לשקף בצורה מדויקת יותר תנאים in vivo.
- הוא עוסק במורכבות של האינטראקציות בין המארח לפתוגן בבקר.
מטרת המחקר
- פיתוח פרוטוקול מפורט ליצירת מודל תרבית תאים חסון.
- בחינת גורמים חיסוניים המשפיעים על הרגישות להדבקה ב-Cryptosporidium.
- מתן אפשרות להשוואות בין בקר בוגר לעגלים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- יצירת שכבות מונו-שכבתיות ב-Transwell לתרבית משותפת עם תאי מערכת החיסון.
- פרוטוקול מפורט שלב אחר שלב לתרבית ולפירוק אנטרואידים.
- מדידת התנגדות חשמלית טרנס-אפיתלית (TEER).
- צביעה אימונולוגית לזיהוי שושלות תאים שונות באנטרואידים.
תוצאים עיקריים
- אנטרואידים בוגרים נצפו עד ליום 7 עם מבנים מוגדרים.
- מדידות TEER העידו על מחסום אפיתליאלי יציב.
- צביעה אימונוהיסטוכימית אישרה את נוכחותם של תאי אנטרואנדוקרין ותאי Paneth.
- שכבות חד-שכבתיות (monolayers) דו-ממדיות רצופות הושגו בתוך פחות משבוע.
מסקנות
- המודל שפותח בעל ערך למחקר של מחלות בקר מורכבות.
- הוא מספק תובנות לגבי אינטראקציות בין רקמות לפתוגנים.
- לממצאים ישנן השלכות תרגומיות פוטנציאליות לבריאות האדם.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית להנהלה
הקמת מערכת שכבה חד-שכבתית (2D monolayer) הנגזרת מאנטרואידים ראשוניים של בקר נותנת מענה לצורך במודלים in vitro שמיReproducible ובעלי רלוונטיות פיזיולוגית למחקרים בשלבי גילוי מוקדמים ובמחקר תרגומי. פלטפורמה זו מאפשרת גישה ישירה ללומן של המעי ותומכת בגידול משותף (co-culture) עם תאי מערכת החיסון, ובכך מקלה על הפחתת סיכונים מכניסטיים ועל ביטחון חיזוי במחקרים של תגובות תרופות ואינטראקציות בין מאחס לפתוגן. יכולת השחזור והיכולת להרחבה (scalability) של המערכת מציבות אותה כנכס רב-פעמי עבור מחקר גסטרו-אינטסטינלי רחב-פורטפוליו ופיתוח מודלים פרה-קליניים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה של אינטראקציות בין המאכסן לפתוגן בהקשר הרלוונטי לרקמה.
- תומך בתיקוף פונקציונלי של תגובות תאי אפיתל ותאי מערכת החיסון.
- מסייע בהסרת סיכונים מכניסטיים על ידי שימור ארכיטקטורה דמוית in vivo.
- מספק פלטפורמה למחקרים השוואתיים בין שלבי התפתחות או מצבים מחוללי מחלה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מספק שכבות מונו-שכבה (monolayers) סטנדרטיות הניתנות לשחזור ומתאימות לקריאות כמותיות.
- מאפשר מדידה ישירה של שלמות המחסום באמצעות TEER והפרשת ציטוקינים.
- תומך ביכולת הרחבה של הבדיקה ובשחזור בין מעבדות לצורך הערכת תרכובות.
- מאפשר תרביות משותפות (co-culture) עם תאי מערכת החיסון לצורך סריקה רב-פרמטרית.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתואם עם מערכות רלוונטיות למחלה לצורך חקר ביומרקרים תרגומיים.
- מגשר בין שלב הגילוי לאישור פרה-קליני על ידי מידול אינטראקציות רקמה מורכבות.
- מפחית סיכונים תרגומיים על ידי שיקוף דינמיקה חיסונית ואפיתלית in vivo.
- תומך בהחלטות קידום מותאמות סיכון עבור מטרות במערכת העיכול.
שילוב תהליכי עבודה וצינורות עיבוד
מערכת מונו-שכבה דו-ממדית זו משלבת שלבים החל מגילוי ראשוני ועד למחקר פרה-קליני, ומאפשרת בדיקת היפותזות, פיתוח בדיקות ומחקרים תרגומיים בביולוגיה של מערכת העיכול.
- ביולוגיית גילוי: תומכת בבדיקה מונחית-היפותזה של אינטראקציות בין תאי אפיתל לתאי מערכת החיסון.
- סריקה: מספקת תוצאות כמותיות הניתנות לשחזור, כגון TEER ופרופילים של ציטוקינים.
- אנליטיקה: מאפשרת השוואה ישירה של תפקודי מחסום ותגובות חיסוניות בתנאים שונים.
- מחקר תרגומי: מסייעת בהתאמה למודלים של מחלות ואסטרטגיות של סממנים ביולוגיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה סטנדרטית הניתנת להרחבה עבור צרכי מחקר מגוונים בתחום מערכת העיכול.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית במחקר של מערכת העיכול.
- ערך תפעולי: משפר את השחזוריות, הסטנדרטיזציה והיכולת להרחבה בין צוותים.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות של המשך או עצירה (go/no-go) ויעילות הון על ידי מתן אפשרות לתיקוף חסון בשלבים מוקדמים.
- השפעה על הפורטפוליו: תומך בסדרי עדיפויות מותאמי סיכון ובקידום של תוכניות מחקר במערכת העיכול.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בבידוד תאים ראשוניים ובטכניקות גידול אורגנואידים.
- דורש גישה למכשור ייעודי למדידת TEER ולדימות קונפוקאלי.
- מחייב סטנדרטיזציה בין צוותים למען השחזוריות והשוואתיות הנתונים.
- ניתן להתאמה למינים אחרים או למודלים של מחלות באמצעות אופטימיזציה של הפרוטוקול.
- המגבלות כוללות את הצורך בטיפול זהיר לשמירה על שלמות השכבה החד-שכבתית (monolayer) ועל הדיפרנציאציה.
