在传染病研究中使用瀑样

瀑样细胞文化转化细胞化验在药物发现和基本生物学通过授予生理相关性在体外以细胞为基础的生物模型。时提供一个合适的生长环境,包括适当的cultureware,生长因子,细胞外基质,营养,和文化媒体,organ-derived祖细胞从患者生长和组装成三维结构——瀑样——将所有细胞类型通常发现在原始组织,并允许物理和化学和细胞之间的相互作用。通过提供更大的生理相关性和一个物种——或者特定的测试平台,瀑样克服许多传统2 d文化的局限性,甚至买卖疾病模型。

瀑样来自organ-derived成人多能干细胞,干细胞器官或癌症干细胞具有先天的能力扩大和分化成多种细胞类型。瀑样产生许多组织和器官商业上可用,或通过出版协议包括patient-derived模型肝、心脏、胰腺、脑、胃肠道、肾、最近,人类的航空公司适用于药物和疫苗开发和研究人类传染性呼吸道疾病。

行业合作帮助推进瀑样的研究

Hubrecht瀑样技术(中心),基础位于乌得勒支,荷兰,独占鳌头被工业化先进的瀑样技术和全球分销来自人体的瀑样。中心的知识产权是基于由汉斯聪明的教授开创性工作,他在2009年第一次描述了方法增长和扩大成人人类上皮干细胞瀑样。代表癌症中心产生和验证瀑样的结肠癌、乳腺癌、肺癌、肝癌、卵巢、膀胱和胰腺。除了中心生成模型的其他疾病,如炎症性肠病(IBD)、慢性阻塞性肺疾病(COPD)和遗传疾病,如囊性纤维化(CF)。该公司还推出了成人肾脏瀑样干细胞,并且继续调查组织发展和癌症的分子机制从成人干细胞Lgr5就使用瀑样生成的。

自2014年以来康宁生命科学与中心合作提供先进的瀑样及相关技术。

博士聪明的技术允许的,第一次,成人瀑样干细胞基因稳定的扩张形式,最终的生成在体外从任何病人任何上皮疾病的模型。

第二个关键好处是无限扩张与转化细胞相似,但是没有固有的基因异常癌细胞。以前,瀑样生成从胚胎或诱导多能干细胞,或从肿瘤细胞的必要性是转基因,因此病人的代表性。

在中心的商业开发,瀑样技术还提供了标准化和一致性难以匹配,尤其是原代细胞培养。活检的患者收集不同数量的细胞在细胞周期的不同阶段。在相同的培养中心协议成年祖细胞产生瀑样完全相同的细胞在同一比例,物理配置,和遗传学,每次和广泛的扩张能力。

细胞开始产生影响

三维细胞培养不同细胞的生长,包括转化细胞系和初级细胞。常规主细胞培养方法扩大只有几代人,从而限制其适用性生物或大规模生产。此外,传统3 d原代细胞培养方法缺乏一致性和遭受贫穷的工艺性赋予一个“一次性”字符研究雇佣他们。此外,表达分析聚合主要细胞培养是不可靠的,因为实验分析之前,必须在有限的时间内发生聚合失去完整性。唯一的方法,允许长期稳定的扩张产生形态和相关的表达模式,已经恢复了在活的有机体内特征。

同样,转化细胞种植在塑料已经修改了他们的基因表达,以适应组织培养条件。研究这些细胞可能是有用的,提供人员认识到病人的原始基因尚未保存。在中心瀑样病人的分子足迹。

一个字段,这是特别有用的是传染病。病毒已经进化到感染和复制的细胞正常的生理状态。例如,呼吸道合胞体病毒(RSV)容易生长在瀑样但不会感染转化细胞由于细胞缺乏相关的受体。

细胞研究气道疾病,局部的电流COVID-19大流行——阻碍了多年来,由于这个原因,和技术扩大主要细胞培养足够大规模研究并不存在。传染性病原体通过保留关键的细胞表面受体,中心方法允许RSV等病原体的研究,人类乳头状瘤病毒,诺瓦克病毒、冠状病毒、流感、疟疾和许多其他人。

瀑样传染病

甚至在COVID-19大流行之前,下呼吸道感染中死亡的主要原因在全球范围内。啮齿动物模型对人类屏障免疫力是不够的,复杂的屏障功能,通常明显从航空公司一直难以复制的病毒在体外,尤其是在永生的细胞。

上皮细胞的第一接触点是在呼吸道病原微生物,并意外地细胞类型最容易成长为瀑样。气道上皮细胞和肺泡细胞受体感染,引发黏膜屏障免疫通过俱乐部,纤毛,基底,酒杯和神经内分泌细胞,明显吸入病原体。

在最近的一次科学 纸,Hubrecht研究所和伊拉斯谟医学中心的研究人员报道了肠道瀑样如何帮助他们发现两个潜在途径治疗或预防感染SARS-CoV-2,负责当前的冠状病毒大流行。SARS-CoV-2已知感染肺部,但临床证据表明肠道参与症状和传播。例如,直肠拭子包含病毒RNA鼻拭子表明感染后的一段时间内,已解决,可能表明肠道感染和接触传染。

差异化的肠上皮细胞强烈表达SARS-CoV-2血管紧张素转换酶2 (ACE2)通过病毒进入细胞的受体,受体水平最高的发现肠肠上皮细胞刷状缘的。令人惊讶的是,病毒感染的高和低明示ACE2,瀑样的传染性并没有很大程度上受到文化环境的影响。

SARS-CoV-2迅速感染的一个子集瀑样细胞,随着时间的推移和感染增加。使用电子显微镜来可视化蜂窝组件,研究人员发现病毒颗粒内外瀑样的组成细胞。干扰素的感染诱导释放内源性抗病毒的激活可以作为潜在的治疗目标。

研究人员得出结论,“肠上皮支持SARS-CoV-2复制,”人类小肠瀑样”作为冠状病毒感染和生物学、实验模型”和“人类瀑样代表忠诚研究冠状病毒的生物学实验模型。”

除了药物筛选和毒理学研究中,气道瀑样已经利用研究传染病的基本生物学。在一个应用注释康宁科学家报道,康宁®基底膜基质®细胞外基质促进patient-derived支气管上皮细胞的扩张气道瀑样适合高通量分析。瀑样的样品制备协议通常单个操作-细胞溶菌作用消除基因扩增的正常步骤,cDNA转换,和图书馆准备。

比较正常和哮喘气道瀑样,调查人员发现编码促炎症趋化因子基因的表达增加,受体,和其他相关的蛋白质在哮喘气道炎症细胞。他们还发现,瀑样来自健康细胞的基因调节是一样的那些从哮喘瀑样细胞中表达下调,反之亦然。应用抗炎类固醇地塞米松诱导了更大程度的差别,或者对这些哮喘瀑样与正常瀑样。

康宁的研究说明了瀑样的多功能性研究气道疾病的并发症,以及快速的反应能力和合适的传染病模型。

瀑样的未来传染病

在一个最近的面试埃文·斯奈德,医学博士桑福德Burnham博士,主任Prebys的干细胞和再生医学中心的潜在作用研究的自然历史的气道瀑样COVID-19感染,包括病毒如何从一个细胞到另一个地方,和潜在的能力来预测个体病人的结果。“我们可以使用这个模型来确定为什么有些人比其他人更糟,”斯奈德说。“我们可以比较瀑样创造了男人和女人;年轻或年长的人;人们从吸烟暴露于各种环境毒素或特许经销商;糖尿病患者,心脏或肾脏疾病;甚至不同种族背景的人或者个人基因变异影响抗感染的能力。如果我们弄清楚为什么这种病毒影响一些人不同,我们可以创建定制的治疗方法。”

中心瀑样囊性纤维化患者来源于成体干细胞收获已经证明有价值的研究CF病理学,并允许以病人为中心的药物测试,这是第一个使用中心瀑样个性化医疗。CF患者派生瀑样测试来确定CF患者在治疗和药物治疗。

最近的研究在interleukin-17受体肺上皮细胞发现了这种细胞因子在急性和慢性炎症的作用,并表明IL-17受体参与先天免疫防御对肺部真菌感染。在活的有机体内IL-17表达和免疫功能,需要极化上皮细胞。在一个纸出现在2019年免疫学前沿佩鲁贾大学的一群,在意大利,写道,因为肺瀑样概括组织极性,他们“提供一个令人兴奋的可能性使用肺瀑样全面调查IL-17R信号在肺,”这是“可能提供新的机会开发和测试治疗炎性疾病和确定新的分子靶点改善抗感染。”

作为一个科学学科,瀑样将继续向着更易于使用的方向进化,一致性,分析并行功能,和可制造性。瀑样和organ-on-a-chip已经合并在一个复杂,multi-tissue视网膜模型瀑样组成的,而系统从两个或两个以上的器官,前面所讨论的,已经经常使用。

如果瀑样研究以当前的速度继续有理由期望相当简化的早期药物开发,特别是在临床前和第一阶段阶段。瀑样可以消除一些如果不是所有的动物实验,但这将需要信仰上的飞跃的监管机构已经习惯于回顾动物数据和其固有的警告。在某一时刻瀑样可能完全消除“活”临床前屏幕,让药物开发者招募病人直接进入第二阶段完全基于organoid-based筛选。

而瀑样调查不可避免地导致更复杂的系统,调查人员应该记住,验证是病人相关模型的关键。中心瀑样首次允许科学家开发出了一种直接模型和测试,以及它如何与病人的组织起源。越来越复杂,验证步骤应该保持模型开发人员和用户的焦点。复杂性是好的,但只有一个点。

推进瀑样对这些崇高目标,包括更大的可制造性,需要细胞培养工具的任务。产业协作确保工具3 d细胞培养将继续推进,一般研究和满足新发传染病的挑战。

作者:
首席执行官罗伯特·弗里斯博士Hubrecht瀑样技术(中心)
伊丽莎白亚伯拉罕,高级产品经理,康宁