Morfogenesi tridimensionale nell'intestino su chip canino utilizzando organoidi intestinali derivati da pazienti con malattie infiammatorie intestinali
9 febbraio 2024
L'integrazione di organoidi intestinali canini e di un sistema microfluidico Gut-on-a-Chip offre modelli traslazionali rilevanti per le malattie intestinali umane. I protocolli presentati consentono la morfogenesi 3D e la modellazione dinamica in vitro dell'intestino, aiutando nello sviluppo di trattamenti efficaci per le malattie intestinali nei cani e negli esseri umani con One Health.
Il nostro obiettivo di ricerca è quello di creare un metodo per la crescita di strutture 3D utilizzando cellule intestinali di animali simili all'uomo, in particolare cani. La morfogenesi cellulare intestinale è stata ampiamente studiata attraverso modelli animali da laboratorio, che sono costosi, richiedono tempo e non rappresentano accuratamente i processi di sviluppo umano. Inoltre, i modelli statici convenzionali di coltura cellulare 2D non sono in grado di imitare la complessa organizzazione spaziale di un'architettura 3D abSerial.
Ottenere l'adesione di singole cellule derivate da organoidi intestinali sulla superficie PDMS rivestita di ECM ha rappresentato una sfida significativa. Un passo fondamentale nell'affrontare questa sfida, sia per garantire un rivestimento ECM uniforme attraverso l'attivazione superficiale che per consentirne l'asciugatura durante la notte. L'integrazione della tecnologia degli organoidi canini derivati dal paziente con la morfogenesi 3D in vitro offre una strada promettente per condurre ricerche traslazionali sulle malattie croniche multifattoriali, in linea con l'iniziativa One Health.
Il protocollo per l'IBD canina, ottenuto su un chip, offre un modello replicabile per la medicina comparata, consentendo studi sulla morfogenesi intestinale, sulle interazioni ospite-microbioma, sulle infezioni, sugli screening di farmaci e probiotici e ha un'applicabilità interspecie.
Panoramica
Questo studio si concentra sull'integrazione di organoidi intestinali canini con un sistema microfluidico di tipo Gut-on-a-Chip, fornendo un modello rilevante per le malattie intestinali umane. I protocolli sviluppati facilitano la morfogenesi tridimensionale e la modellizzazione dinamica in vitro dell'intestino, contribuendo al progresso dei trattamenti per le malattie intestinali sia nei cani che negli esseri umani.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Neuroscienze
- Medicina Comparativa
- Microfluidica
Sfondo
- La morfogenesi cellulare intestinale è fondamentale per comprendere la salute intestinale.
- I modelli tradizionali spesso non rappresentano con precisione i processi umani.
- I modelli canini offrono un'approssimazione più vicina alle malattie intestinali umane.
- L'Iniziativa One Health sottolinea l'interconnessione tra la salute umana e quella animale.
Scopo dello studio
- Sviluppare un modello riproducibile per lo studio della morfogenesi intestinale.
- Esplorare le interazioni tra ospite e microbioma e le loro implicazioni per la salute.
- Facilitare lo screening di farmaci e probiotici in un contesto comparativo.
Metodi Utilizzati
- Preparazione del dispositivo Gut-on-a-Chip con rivestimento ECM.
- Seeding di organoidi intestinali canini nel sistema microfluidico.
- Applicazione di flusso continuo e deformazione ciclica per mimare le condizioni fisiologiche.
- Colorazione immunofluorescente per valutare la struttura tridimensionale e la funzione di barriera.
Risultati principali
- Corretto sviluppo della morfogenesi tridimensionale nel sistema microfluidico.
- Osservazione di strutture simili a villi e barriere intestinali funzionali.
- Potenzialità dimostrata per studi comparativi nelle malattie intestinali.
- Convalida del modello per future ricerche traslazionali.
Conclusioni
- Il modello Gut-on-a-Chip è uno strumento promettente per lo studio della salute intestinale.
- L'integrazione di organoidi canini aumenta la rilevanza dei risultati ottenuti.
- Questo approccio si allinea alla prospettiva One Health, favorendo sia la salute umana che quella animale.
Domande frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
L'integrazione di organoidi intestinali canini con sistemi microfluidici di tipo Gut-on-a-Chip consente modelli in vitro dinamici e fisiologicamente rilevanti per la ricerca sulle malattie intestinali. Questo approccio supera i limiti dei tradizionali modelli statici e animali, fornendo una piattaforma per studi predittivi e traslazionali sia nel contesto veterinario che umano. I modelli ottenuti favoriscono approfondimenti interspecifici, migliorando la validazione degli obiettivi terapeutici e riducendo i rischi nelle fasi iniziali della scoperta di farmaci intestinali.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Permette l'analisi di percorsi biologici rilevanti per la malattia utilizzando cellule primarie provenienti da casi spontanei di IBD canina.
- Supporta la validazione funzionale delle target riproducendo la morfogenesi intestinale tridimensionale e la funzione di barriera.
- Facilita la riduzione del rischio meccanicistico attraverso l'osservazione diretta delle interazioni tra ospite e microbioma ed epiteliale.
Sviluppo di Screening e Saggi
- Fornisce una piattaforma standardizzata e riproducibile per lo screening di farmaci e probiotici in un ambiente intestinale dinamico.
- Fornisce output quantitativi come le misurazioni del TEER per la valutazione dell'integrità della barriera.
- Prepara sistemi biologici validati per la valutazione scalabile di composti e il confronto interspecifico.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Si allinea alle strategie traslazionali dei biomarcatori modellando una malattia spontanea in un contesto di One Health.
- Permette una continuità dalla scoperta alla validazione preclinica utilizzando modelli canini fisiologicamente rilevanti.
- Supporta decisioni di avanzamento basate sulla valutazione del rischio, collegando la ricerca sulle malattie intestinali nei veterinari e negli esseri umani.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Questo protocollo del Gut-on-a-Chip si colloca all'incrocio tra la fase iniziale della scoperta, l'identificazione dei composti promettenti e la ricerca preclinica nei programmi sulle malattie intestinali.
- Biologia della scoperta: Permette di avanzare nella verifica delle ipotesi e nella chiarificazione dei percorsi in sistemi rilevanti per le malattie.
- Screening: Stabilisce la prontezza e la riproducibilità dei saggi per analisi funzionali e di barriera.
- Analisi: Consente letture quantitative come il TEER e l'analisi strutturale mediante immunofluorescenza.
- Ricerca traslazionale: Fornisce una piattaforma interspecie per l'allineamento dei biomarcatori e studi comparativi.
- Riutilizzo aziendale: Offre un sistema microfluidico riutilizzabile, adattabile a diversi modelli di malattie intestinali.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Aumenta la fiducia predittiva e riduce l'ambiguità meccanicistica nella modellizzazione delle malattie intestinali.
- Valore operativo: Fornisce flussi di lavoro standardizzati, scalabili e riproducibili per saggi basati su organoidi.
- Valore strategico: Migliora il processo decisionale di avanzamento o interruzione dei progetti e l'efficienza nell'uso del capitale, consentendo una riduzione precoce dei rischi.
- Impatto sul portafoglio: Supporta la priorizzazione corretta per rischio e lo sviluppo interspecie di terapie intestinali.
Considerazioni relative all'implementazione
- Richiede competenze nella coltura di organoidi, microfluidica e manipolazione di tessuti canini.
- Necessita di accesso a infrastrutture per il rivestimento di matrice extracellulare (ECM), strumentazione microfluidica e misurazione del TEER.
- Richiede standardizzazione tra gruppi di lavoro per un rivestimento ECM e un semina cellulare riproducibili.
- L'adattamento a diverse specie o modelli di malattia potrebbe richiedere un'ottimizzazione del protocollo.
- Le limitazioni includono difficoltà tecniche nell'adesione uniforme delle cellule e nel mantenimento della morfogenesi tridimensionale.
