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Microenvironments Organoid stampati 3D di manipolazione

insights from industryProf. Aline Miller Chief Executive Office, Director and FounderManchester BIOGEL

Un'intervista con prof. Aline Miller, il PhD FRSC FInstP, ufficio di amministratore delegato di BSc (Hons), Direttore e fondatore, BIOGEL di Manchester

Faccia prego una generalità dei organoids. Perché sono un modello importante della ricerca?

Organoids è 3 cluster dimensionali (3D) delle cellule staminali che prossimo insieme ed emuli il microenvironment all'interno di diversi organi, se quello è fegato, rene, cuore, intestino o altri organi specifici. Essenzialmente, possono essere osservati come organi miniatura e semplificati. Variano tipicamente nella dimensione da alcuni micrometri a cinque millimetri e ci sono potenzialmente altrettanti organoids differenti poichè ci sono tessuti ed organi differenti nell'organismo. Tali una diversa gamma di organoids possono formarsi gestendo la differenziazione della cellula staminale specifica usata, che può essere influenzata dalle celle che ricevono i segnali istruttivi 3D dalla matrice extracellulare (ECM), il media ed una volta che la struttura 3D monta, dalle celle presenti nei organoids stessi.

Credito di immagine: Dimarion | Shutterstock

C'è la considerevole attenzione e i organoids circostanti di eccitazione al momento poichè hanno il potenziale di rivoluzionare le malattie di modo sono studiati e trattati. I tessuti derivati essere umano crescenti nella capsula di Petri del tessuto danno la possibilità studiare attendibilmente la biologia cellulare fondamentale all'interno di diversi organi, la malattia umana del modello dai diversi pazienti ed i nuovi composti della droga della prova per fare diminuire l'errore della fase recente di terapeutica ed anche in un approccio personale della medicina. Inoltre, c'è il potenziale più a lungo termine di coltura degli organi interi e di usando per il trapianto, così sostituendo l'esigenza delle donazioni di organo.

Come i organoids 3D sono stampati in laboratorio, specialmente alta produzione di capacità di lavorazione?

la stampa 3D permette che i ricercatori generino le strutture sempre più complesse dei sistemi viventi. L'un'applicazione è laboratorio-su-un-chip, conosciuto alternativamente come il organo-su-un-chip. Ciò comprende stampare e connettere i organoids differenti insieme per creare una via del tipo di umana 3D. Questi sono usati tipicamente per verificare la tossicità e l'efficacia di nuove droghe mentre attraversano gli organi all'interno del chip, che sta mirando a ripiegare l'ambiente del corpo umano. Lo scopo chiave di questo è di aumentare la scoperta della droga, fare diminuire l'incidenza guasti della fase recente di terapeutica, la medicina personale di avanzamento e la sperimentazione animale di diminuzione.

L'alta produzione di capacità di lavorazione comprende stampare ripetendo le strutture della cellula, o le goccioline contenenti delle cellule, che piombo alla stessa formazione organoid nelle schiere multiple. Ciò permette a molte prove comparabili di essere effettuata allo stesso tempo e in rapida successione. Il vantaggio di così alto ambiente di capacità di lavorazione, è voi può esplorare rapidamente l'influenza di un numero alto delle variabili sul sistema, facendo uso di volumi molto piccoli di campione. È metodi più rapidi, più economici e più facilmente tradizionali. Gli avanzamenti recenti nell'alta manipolazione robot del liquido di capacità di lavorazione ha accelerato bene questo aspetto del lavoro, oltre allo sviluppo dei bioinks stampabili del ` degli idrogel'.

Come l'alto aspetto di capacità di lavorazione di produzione organoid pregiudica l'affidabilità? Cambia come interagiscono con le droghe?

L'affidabilità e la riproducibilità sono preminenti quando stampa i organoids per la scoperta della droga al momento, io pensano che le sfide di raggiungimento della questa bugia con l'affidabilità di cui è esattamente che state stampando in primo luogo. Siete che stampate ogni volta lo stesso numero delle celle? Tutte le vostre celle sopravvivono al trattamento di stampa? Può il cluster stampato delle cellule nel giusto modo formare i organoids voi vogliono svilupparsi? Quanto coerente può il trattamento di stampa essere all'interno di un esperimento? Quanto coerente può questo essere fra gli esperimenti differenti ed i laboratori differenti?

Ciascuna delle necessità di cui sopra di essere conosciuto e di gestito per permettere alla sopravvivenza delle cellule nel trattamento di stampa e nella crescita dei organoids della stessa dimensione e del tipo, ogni volta. Credo che queste sfide possano essere sormontate catturando i materiali che costruiscono l'approccio. Questo mezzi facendo uso di un idrogel conosciuto, bene caratterizzato e coerente come il ECM. Ciò permetterà che i parametri di stampa (volume, dimensione del ago di stampa, numero delle cellule, pressione di stampa, velocità e tempo) siano preveduti e determinata per assicurarsi riproducibile e la stampa affidabile per la formazione di organoids coerenti. Poi la biologia cellulare specifica dell'organo sarà ripiegata soltanto per dare i dati che sono coerenti, riproducibili, affidabili, efficienti ed evolutivi.

Che cosa il BIOGEL di Manchester offre per stampa organoid 3D?

Il BIOGEL di Manchester offre a 3D i sistemi sintetici dell'idrogel del peptide, PeptiGels® che sono completamente stampabili e riproducibili. Gli idrogel sono impalcature fibrillari, rievocative del ECM naturale, a cui essenzialmente fornisca un fotogramma di scalata affinchè le celle passino, muova intorno, interagisca con, differenzi e sviluppi sopra. I beni meccanici e la funzionalità di queste impalcature sono altamente musicali creare gli ambienti che imitano tutti i tessuti umani. D'importanza i nostri prodotti del peptide, PeptiGels® sono assottigliamento della tosatura che i mezzi essi sono facilmente stampabili e riacquistano i loro beni del gel subito dopo della versione dal ago di stampa di stampa.

Credito di immagine: BIOGEL di Manchester

Tali beni permettono che le cellule staminali ragruppino in un modo riproducibile ed affidabile. Egualmente protegge le celle ed infine la crescita organoid durante il trattamento di stampa 3D. Questa protezione è importante, perché quando stampate state mettendo molta resistenza di taglio sulle celle e sui materiali. L'incapsulamento all'interno delle guide dell'idrogel assicura che le celle sia sopravvivano al trattamento di stampa 3D che conservino la loro capacità di formare il organoid desiderato.

I nostri idrogel egualmente permettono che stampiate le strutture 3D con un'alta risoluzione spaziale. Ciò permette che facciate le cose più complesse come le microstrutture specifiche della stampa all'interno di più grande organo. Per esempio, potete stampare il vascularization all'interno di un cuore e stampare i tipi differenti di celle per ripiegare le parti differenti dell'organo con il nostro PeptiGels® adattato.

Perché è la scalabilità della tecnologia del BIOGEL di Manchester utile?

I nostri materiali sono completamente evolutivi e sono fabbricati nell'ambito degli standard ISO13486 con la riproducibilità completa - non garantiamo batch per ammucchiare la variabilità. Avere un materiale 3D che esibisce queste caratteristiche è cruciale per produzione organoid, per tutta l'applicazione.

Altro un bisogno chiave è la capacità di ricreare il tessuto umano sicuro in mette a punto clinicamente i sistemi traducibili. Il materiale pricipalmente usato corrente è Matrigel, che è un tumore decellularized sviluppato all'interno dei mouse. Questo sistema derivato animale è ben noto avere variabilità enorme di batch--batch ed egualmente contiene una minestra del `' dei fattori di crescita e delle sequenze del riconoscimento delle cellule che influenza il comportamento delle cellule nei modi sconosciuti ed imprevedibili. Di conseguenza, non potete essere sicuro se il comportamento che delle cellule state ottenendo è realmente dovuto la risposta delle cellule o se è dovuto qualcosa presente nel materiale di Matrigel. Inoltre, tutta la R & S sviluppata facendo uso di questo sistema non sarà tradotta mai in clinica dovuto che è originaria dagli animali.

Potete eliminare questi fattori di rischio lavorando con gli idrogel completamente sintetici, perché conoscete esattamente che cosa è in loro e sapere che non suscitano alcuna risposta specifica delle cellule all'infuori di cui componete dentro.

Perché è la matrice extracellulare così importante quando organoids di stampa 3D? Come può la matrice extracellulare essere manipolata dai ricercatori?

La matrice extracellulare (ECM) è critica quando organoids di stampa 3D. Non solo offre la protezione alle celle dalle alti sollecitazioni e sforzo del trattamento di stampa, ma egualmente fornisce la gestione di matrici per incoraggiare il raggruppamento delle cellule e la differenziazione diretta stampati una volta.

Gli idrogel del peptide sono mimi ideali del ECM per bioprinting; sono inerentemente biocompatibili, possono essere manipolati facilmente in termini di loro resistenza meccanica e (la bio-) funzionalità può essere introdotta facilmente per dirigere la differenziazione. Questi sono chiave assicurare che il comportamento umano del organoid possa essere ripiegato.

Più specificamente, la rigidezza dell'idrogel può essere sintonizzata per abbinare i beni in vivo del tessuto, per esempio la rigidezza del tessuto cerebrale è molto di meno che la rigidezza del tessuto del cuore. Ciò è raggiunta parzialmente through cambiando la concentrazione e parzialmente through cambiando il tipo del peptide che usiamo per formulare i nostri materiali. Inoltre, le sequenze istruttive delle cellule possono essere incluse all'interno dell'idrogel ad un modo sistematico e modulare che fornisce il controllo completo sopra la risposta ed il comportamento delle cellule. Gruppi funzionali tipici che possono essere compresi includono - RGD (fibronectin), - IKVAV e YIGSR (laminin) e - GFOGER (collageno) che permette che noi ripieghiamo le componenti che sono naturalmente presenti all'interno di determinati ambienti in vivo.

Poi possiamo anche aggiungere i fattori di crescita specifici, gli zuccheri o i glycosaminoglycans nel sistema, come desiderato dai nostri clienti.

Che tipo di organoids possono essere prodotti? C'è tipi e delle strutture del tessuto che non possono ancora essere 3D stampati?

Credo che tutto il tipo o organo del tessuto possa essere riprodotto pricipalmente perché ci sono avanzamenti recenti nel gestire la differenziazione delle cellule staminali negli stirpi differenti ed anche che i beni degli idrogel possono essere sintonizzati per ripiegare qualunque tipo umano del tessuto.

Non sono informato di alcuni tessuti che non possono essere stampati ancora. Tuttavia, ci sono ancora molti in via di sviluppo nei gruppi di ricerca differenti intorno al mondo. Alcuni esempi di cui abbiamo esaminato specificamente con i nostri idrogel sono cose come fegato, il rene e i organoids cardiaci. Egualmente abbiamo fatto alcuni organoids gastrointestinali ed abbiamo avuti un'attenzione particolare sui tipi differenti di organoids del tumore nelle fasi differenti della progressione di malattia.

Faccia prego una generalità di 3D che bioprinting nella ricerca sul cancro. Possono i organoids essere stampati con le celle del tumore? Possono i tumori essere stampati?

bioprinting 3D dei modelli del cancro sta cominciando ad emergere come area della crescita. Ciò è guidata parzialmente pianamente da un'esigenza dei ricercatori all'entrare a partire dalle 2D culture, cioè biologia e nello spazio 3D realmente ripiegare in vivo il comportamento del tumore e parzialmente dalla necessità di stampare le strutture più complesse, per esempio rappresenta il vascularization incassato all'interno dei tumori. Molto di questo può essere raggiunto stampando le linee cellulari multiple, insieme o esclusivamente, incluse all'interno degli idrogel progettati per ricreare le regioni differenti all'interno dei tumori.

L'uno sviluppo recente interessante sta manipolando determinato i beni dell'impalcatura facendo uso di PeptiGels®. Per esempio, possiamo sintonizzare indipendente il pH e la rigidezza per ripiegare l'ambiente di sano e tessuto tumorale come pure tessuto tumorale nelle fasi differenti della progressione. Emozionantemente, questo è stato indicato con le celle di cancro al seno e le linee cellulari del cancro del pancreas per piombo alle differenze all'interno delle vie di biologia cellulare.

Come possono i organoids stampati 3D essere utilizzati nella medicina personale?

I organoids di stampa 3D possono contribuire a sviluppare le medicine personali in due modi; in primo luogo può aumentare la precisione della diagnosi di una circostanza e secondariamente può contribuire a trovare il terapeutico giusto, o la miscela delle droghe, per fornire la risposta terapeutica ottimale per i diversi pazienti. Siamo tutti differenti ed abbiamo trattamenti molecolari e cellulari complessi unici. Di conseguenza, abbiamo profili notevolmente differenti di efficacia e della tossicità allo stesso drug/s. per esempio, corrente soltanto 30-60% dei trattamenti pazienti è efficace dovuto le differenze nel modo che una persona risponde a e si metabolizza, medicine.

Sfruttando gli avanzamenti recenti nella tecnologia della cellula staminale possiamo ora prelevare un campione delle proprie cellule staminali di un paziente e combiniamo questo con le tecnologie di alto-capacità di lavorazione per stamparli e coltivare nelle schiere organoid multiple. Ciò permetterà che noi esploriamo, capire ed identificare i profili genetici responsabili di diversi pazienti drogano la risposta e la usano per stabilire il loro profilo pharmacogenomic del `' e per identificare il trattamento ottimale.

Ciò permetterà che noi ci muoviamo a partire dalle nostre approssimazioni successive correnti del `' che prescrivono alla terapia ottimale per tutta la prima volta in tondo.

C'è delle aree che pensate molto sarete urtati dai organoids stampati 3D in futuro?

Come precedentemente citato, penso che le aree chiave dove la stampa 3D dei organoids può creare una variazione a gradino sono all'interno dei campi crescenti della scoperta della droga, le medicine personali, tessuto costruire e capire e migliorare il trattamento delle malattie, compreso cancro.

All'interno di ciascuna di queste aree 3D che bioprinting dia la possibilità sviluppare una comprensione più profonda della scienza di fondo come pure aumentare l'efficacia di terapeutica, diminuire il loro costo di realizzazione e piombo ad una variazione di paradigma nel trattamento di malattia.

Riassumendo migliorerà la nostra qualità di vita.

Che cosa vedete come il futuro dei organoids stampati 3D e per il BIOGEL di Manchester?

Il BIOGEL di Manchester sta emergendo come leader di mercato nella progettazione e l'offerta degli idrogel del peptide, di PeptiGels®, poichè questi materiali sono mimi stampabili del ECM con un registro provato per ospitare un intervallo delle cellule staminali differenti e di differenziazione delle cellule è stata diretta nei organoids differenti multipli. Gli esempi includono, ma non sono limitati ai sistemi cardiaci, gastrointestinali e del tumore del fegato, del rene.

Il nostro PeptiGels può essere stampato d'importanza nella struttura complessa per imitare gli organi completi facendo uso delle metodologie bioprinting tradizionali, mentre però potendo formare le micro goccioline (giù a 2ml) mentre attuabilità di mantenimento di chiamata ed integrità strutturale facendo uso delle tecniche di manipolazione liquide.

In generale, siamo eccitati per contribuire a questa zona produttrice ed a diventare l'attore chiave nel permettere a più umano come comportamento che è ripiegato in laboratorio, diminuendo l'uso degli animali nella ricerca della droga ed offrendo clinicamente le soluzioni traducibili. Tutto questo in parallelo con tempo e la risorsa dei ricercatori di risparmio permettendo alla generazione di risultati riproducibili ed affidabili.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

https://manchesterbiogel.com/

Circa prof. Aline Miller, PhD FRSC FInstP di BSc (Hons)

Allinei corrente sorveglia e inganna tutti gli aspetti dell'affare ed ha oltre due decadi di esperienza gruppi commerciali e accademici guidanti attraverso il settore di scienze biologiche. Ha un forte registro di sollevamento dei fondi per determinare la traduzione di ricerca accademica sulla regolazione clinica e commerciale.

Prima della cattura al CEO del ruolo, Aline era professore di assistenza tecnica biomolecolare all'università di Manchester. È un chimico preparandosi ed egualmente ha tenuto una nuova amicizia minore della ricerca di Corridoio all'università di Cambridge.

Citations

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