Использование органоидов кишечника человека для понимания эпителия тонкой кишки на уровне транскрипции отдельных клеток
28 июня 2024 г.
Протокол сочетает в себе технологию органоидов кишечника человека с транскриптомным анализом отдельных клеток, чтобы обеспечить значительное понимание ранее неизученной биологии кишечника.
Мы интегрируем транскриптомику одиночных клеток и технологию органоидов, чтобы лучше понять биологию тонкой кишки. Эти технологии позволяют нам глубже понять клеточную гетерогенность, которая существует в этой ткани. Инструменты, повышающие пропускную способность, чувствительность и разрешение, являются ключом к дальнейшим исследованиям в этой области.
В качестве примера можно привести усовершенствованные вычислительные методы и технологические инновации. Снижение затрат также является одним из основных направлений. Процесс подготовки и секвенирования библиотек образцов может привести к вариациям транскрипции, что является одной из проблем.
Для органоидов специфические проблемы включают ограниченный пространственный контекст или информацию о временной динамике. Одноклеточный анализ кишечных органоидов человека дает ранее недостижимую информацию о типах клеток, составляющих кишечный эпителий. Таким образом, это открывает окно в транскрипционный ландшафт этих клеток.
Мы используем эти технологии для выявления биомаркеров и механизмов заболеваний кишечника человека. Эти биомаркеры и механизмы расширят наши возможности по использованию персонализированных медицинских подходов для лечения заболеваний человека и улучшения здоровья человека в целом.
Обзор
В данном исследовании изучается интеграция транскриптомики отдельных клеток и технологии органоидов для более глубокого понимания биологии тонкого кишечника. Данный протокол позволяет получить беспрецедентное представление о клеточной гетерогенности кишечного эпителия, что способствует продвижению исследований заболеваний кишечника человека.
Основные компоненты исследования
Область исследования
- Изучение биологии тонкого кишечника
- Идентификация биомаркеров кишечных заболеваний
- Развитие подходов персонализированной медицины
Теоретическая база
- Интеграция технологии органоидов с транскриптомным анализом
- Проблемы анализа единичных клеток и исследований органоидов
- Важность снижения затрат и совершенствования вычислительных методов
Используемые методы
- Транскриптомный анализ отдельных клеток
- Органоиды кишечника человека
- Методы ферментативного переваривания клеток и приготовления клеточных суспензий
Основные результаты
- Выделение значительного количества одиночных клеток из органоидов
- Понимание транскрипционных ландшафтов и типов клеток в кишечном эпителии
- Потенциал для идентификации биомаркеров, связанных с заболеваниями человека
Выводы
- Демонстрирует полезность сочетания технологии органоидов с транскриптомикой для получения биологических данных
- Подчеркивает значимость для развития исследований здоровья и заболеваний кишечника
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Применение транскриптомики отдельных клеток к кишечным органоидам человека обеспечивает беспрецедентное разрешение при анализе гетерогенности эпителиальных клеток, что способствует механистическому снижению рисков и валидации мишеней в исследованиях желудочно-кишечного тракта. Данная платформа преодолевает трансляционный разрыв между животными моделями и клиническими исследованиями, обеспечивая прогностическую уверенность на ранних стадиях поиска терапевтических средств. Этот подход стратегически предназначен для идентификации биомаркеров и выяснения механизмов заболеваний, что напрямую влияет на определение приоритетов портфеля в биофармацевтических исследованиях и разработках.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичное обнаружение и валидация мишени
- Позволяет исследовать клеточные пути и транскрипционные состояния в системе, релевантной для человека.
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней путем картирования экспрессии генов, специфичной для конкретных типов клеток.
- Способствует снижению механистических рисков благодаря получению данных высокого разрешения на уровне отдельных клеток.
- Повышает прогностическую уверенность при выборе мишеней и принятии решений по их сортировке.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает получение валидированных суспензий единичных клеток, полученных из органоидов, для последующих этапов скрининга.
- Позволяет проводить количественное и воспроизводимое измерение экспрессии генов в различных типах клеток.
- Поддерживает стандартизацию и масштабируемость анализа для высокопроизводительных приложений.
- Подготавливает надежные биологические системы для достоверной оценки соединений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует биологии человека при соответствующих заболеваниях для поиска трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа поиска до доклинической валидации с использованием моделей человека ex vivo.
- Снижает трансляционный риск, предоставляя данные о механизмах развития заболеваний кишечника у человека.
- Поддерживает принятие обоснованных решений о дальнейшем продвижении с учетом рисков на основе данных, специфичных для человека.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод интегрируется в континуум открытий — от ранней валидации мишеней до доклинических исследований — с использованием моделей органоидов человека для одноклеточного анализа.
- Открывающая биология: Содействует проверке гипотез и уточнению сигнальных путей в контексте, имеющем значение для человека.
- Скрининг: Обеспечивает воспроизводимые количественные показатели на уровне отдельных клеток для разработки анализов.
- Аналитика: Предоставляет высокоинформативные транскрипционные данные для сравнения экспериментальных условий и состояний клеток.
- Трансляционные исследования: Связывает этап открытий и доклиническую фазу с помощью моделей тканей человека, релевантных конкретным заболеваниям.
- Корпоративное повторное использование: Создает масштабируемую, многократно используемую платформу для различных исследовательских программ по изучению ЖКТ и эпителия.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неоднозначность при валидации мишеней.
- Операционная ценность: Стандартизирует рабочие процессы для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости между исследовательскими группами.
- Стратегическая ценность: Позволяет принимать обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективно управлять капиталозатратами портфеля.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию с учетом рисков и продвижение программ по заболеваниям ЖКТ и эпителиальных тканей.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с культурами органоидов, диссоциацией единичных клеток и транскриптомным анализом.
- Необходим доступ к микрофлюидному разделению, секвенированию следующего поколения и вычислительной инфраструктуре.
- Требуется межкомандная стандартизация подготовки образцов и анализа данных.
- Может потребоваться адаптация для различных форматов органоидов и источников тканей.
- К трудностям относятся управление транскрипционной вариабельностью и ограниченный пространственный или временной контекст.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:36
Preparation of Single Cell Suspensions from Differentiated 3D Human Intestinal Organoids for Single Cell Transcriptomics
3:54
Preparation of Single Cell Suspensions from Human Intestinal Organoids Differentiated on Membrane Cell Culture Insert
6:27
Preparation of Single Cell Suspensions from Human Intestinal Organoids Differentiated as 96 Well Monolayers
