Органоиды позволяют исследователям изучать биологию тканей с удивительной точностью. Используя трехмерные системы культуры in vitro для отображения ключевых особенностей конкретных органов, эти сложные многоклеточные структуры позволяют нам получить физиологически значимые сведения, которые способствуют развитию многих областей исследований. Основное ограничение традиционной органоидной культуры заключается в том, что она часто является трудоемким и сложным процессом, требующим привлечения высококвалифицированного персонала для достижения умеренной производительности. Используя жидкостный процессор MANTIS® компании FORMULATRIX, исследователи из лаборатории Шалека при Массачусетском технологическом институте (MIT) смогли быстро проверить более 450 малых молекул в различных дозах на способность усиливать дифференцировку клеток PAN в органоидах тонкого кишечника. MANTIS® обеспечивает ранее недостижимый уровень производительности и имеет решающее значение для углубления понимания многочисленных вариаций в ограниченном количестве образцов. Материалы имеют решающее значение для углубления понимания многочисленных изменений в ограниченном количестве образцов.

Эпителиальный барьер кишечника - важная терапевтическая мишень

Тканевые барьеры, образованные клетками кожи, дыхательных путей и кишечника, обеспечивают взаимодействие с окружающей средой и защиту от нее. Они служат для поддержания баланса жидкостей, питательных веществ, электролитов и метаболических отходов, тесно взаимодействуют с иммунной системой, обеспечивая защиту от патогенов, и играют важную роль в наблюдении за опухолями и их уничтожении.

Дисфункция тканевого барьера связана с широким спектром заболеваний, таких как инфекции, рак, аллергия и различные аутоиммунные заболевания. Хотя воздействие окружающей среды можно смягчить с помощью таких методов лечения, как противовирусные препараты и антибиотики, а иммунный ответ можно изменить с помощью вакцин и иммунотерапии, в некоторых случаях проблема не может быть решена существующими методами.

Несмотря на то, что кишечный эпителиальный барьер является ключевым компонентом тканевых барьеров, он до сих пор недостаточно использовался в качестве терапевтической мишени. Используя органоидные системы для моделирования тканей кишечного эпителиального барьера различного происхождения, исследователи смогут лучше понять эти сложные системы, что приведет к разработке терапий для лечения широкого спектра заболеваний.

Органоподобные модели стимулируют научный прогресс

Органоиды представляют собой одно из наиболее ценных достижений в области исследований стволовых клеток за последние годы. Органоиды, полученные из отдельных взрослых стволовых клеток, образцов тканей, содержащих взрослые стволовые клетки, или путем направленной дифференцировки плюрипотентных стволовых клеток, содержат популяции стволовых клеток, способных дифференцироваться в органоспецифические типы клеток. Эти клетки имеют пространственную организацию и функции, аналогичные органу, который они представляют, что позволяет создавать физиологически значимые системы, имитирующие условия in vivo.

Рис. 1. Органы класса имеют сходную пространственную организацию и функции с репрезентативными органами, как, например, морфология крипт/вилл этого органа класса тонкой кишки.

Исследования органоидов ограничены потоком

Существует множество методов культивирования органоидов. Они включают культивирование стволовых клеток в присутствии фибробластного фидерного слоя или на поверхности контролируемой биоматериальной матрицы, но наиболее популярным методом является инкапсуляция стволовых клеток в биологически полученный внеклеточный матрикс (ECM), такой как Matrigel®. В результате инкапсулирования пластин Matrigel® в среду для культивирования клеток, содержащую специфические факторы роста, клетки впоследствии пролиферируют и образуют трехмерные структуры, представляющие собой интересующий исследователя орган.

Рисунок 2. Купол Matrigel® инкапсулирует стволовые клетки и способствует их пролиферации для формирования физиологически значимых трехмерных структур.

Для инокуляции органоидных пластин на куполе Matrigel® существует три специфических требования: 1) точное нанесение нагруженного клетками ЭЦМ на предварительно нагретые пластины для культуры тканей, избегая краев лунок, чтобы сохранить куполообразную форму, необходимую для максимального роста; 2) точное манипулирование в очень малом объеме, поскольку материал образца часто очень ограничен; и 3) разумная степень контроля температуры, поскольку Matrigel® и аналогичные субстраты существуют как вязкие жидкости при 4°C и требуют теплых поверхностей и сред для формирования отвердевших гидрогелей.

В связи с этими требованиями миниатюризация органоидных культур до масштабов, совместимых с обычным оборудованием для скрининга (форматы 96/384/1536 лунок), является чрезвычайно сложной задачей. Хотя довольно утомительный и трудоемкий процесс нанесения Matrigel® на 48-луночные планшеты может быть выполнен вручную, при больших объемах планшетов скорость образования ошибок в капле значительно возрастает и существенно ограничивает воспроизводимость экспериментов.

MANTIS® - настольное решение для миниатюрных исследований органоидов

Чтобы преодолеть ограничения ручных методов нанесения Matrigel®, исследователи из Лаборатории Шалека Массачусетского технологического института использовали жидкостный процессор MANTIS® компании FORMULATRIX для нанесения капель Matrigel® на планшеты различных форматов (до 384 лунок). Целью данного исследования было завершение скрининга соединений с использованием органоидной системы тонкого кишечника в масштабе, пригодном для использования высокопроизводительных методов.

MANTIS® использует одноканальный бесконтактный микрофлюидный дозатор для подачи отдельных реагентов в отдельные лунки по одному, ограничивая жидкости одноразовыми чипами для предотвращения перекрестного загрязнения и устраняя необходимость в очистке. Ведущий в отрасли КВ менее 31 TP3T обеспечивает точную подачу объема до 0,1 мкл и гибкость рабочего процесса благодаря возможности установки 6-48 чипов и работы с водными растворами до 25 сП (эквивалентно ~601 TP3T глицерина при комнатной температуре).

Кроме того, MANTIS занимает небольшую площадь - всего 1 фунт3 , что позволяет легко устанавливать его в помещениях с контролируемой температурой, таких как холодильники или инкубаторы. Он также совместим с широким спектром лабораторного программного обеспечения и приборов, что позволяет легко интегрировать его в существующие рабочие процессы.

Рисунок 3. MANTIS® занимает очень мало места и может быть запечатан в среде с контролируемой температурой. Помещение MANTIS® в холодильник во время этого испытания позволило инокулировать пластины Matrigel® на нагретую поверхность при температуре 4°C (серый = холод, красный = тепло). Это идеальные условия для формирования купола Matrigel®.

Миниатюризация органоидных культур тонкого кишечника позволяет получить ключевые знания

Бен Мид, постдокторант лаборатории Шалека Массачусетского технологического института, и его коллеги использовали MANTIS® для миниатюризации существующего рабочего процесса и скрининга библиотеки соединений в органоидной системе тонкого кишечника с целью выявления инструментальных молекул, которые могут усилить дифференцировку клеток PAN. Эти клетки являются основными антимикробными клетками тонкого кишечника человека и критически важны для функционирования эпителиального барьера.

После применения надежных статистических данных измерений (пока не опубликованных) Мид и коллеги выявили ряд соединений, дающих всходы. Некоторые из них были включены в последующие исследования, предоставляя значительные возможности для изображения новых биологических мишеней для рассмотрения в направленной дифференцировке клеток PAN.

Масштабирование расширяет возможности персонализированной медицины

Несколько ключевых особенностей MANTIS® лежат в основе результатов, полученных исследователями Массачусетского технологического института. Благодаря использованию одного свободного манипулятора для дозирования капель Matrigel®, MANTIS® обеспечивает точное инокулирование в планшеты различных форматов (до 384 лунок) для увеличения объема экспериментов. Прибор также может вмещать 1536 лунок для дальнейшего увеличения пропускной способности при необходимости.

Моющиеся одноразовые наконечники пипеток, прикрепленные к чипу, позволяют исследователям MIT работать с ограниченными объемами образцов, сокращая при этом потребность в реагентах и сопутствующие расходы. Кроме того, благодаря малой занимаемой площади MANTIS® можно легко установить в стандартный холодильник и использовать в сочетании с блоком предварительного подогрева для точного нанесения охлажденных капель Matrigel® на предварительно подогретые поверхности культуры ткани (см. рис. 4); такая инокуляция с помощью пластин значительно превосходит ручные методы.

Рисунок 4. MANTIS® значительно снижает потребность в реагентах, включая объем Matrigel® на лунку, объем среды для инокуляции и количество органоидов кишечника, подлежащих инокуляции, а также сокращает время инокуляции.

Исследователи из Массачусетского технологического института продемонстрировали, что миниатюрный подход, предлагаемый MANTIS®, эффективен при изучении множества вариаций конечных материалов. Это актуально для обнаружения органоидов из биопсий одного пациента и открывает множество новых возможностей для персонализированной медицины. По мере развития технологии включение дополнительных методов измерения позволит еще больше повысить точность модели. MANTIS® - это ключ к реализации потребности в более крупных масштабах.

Источник: @BostonFummerle

Время: 2022.01.11