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Microambiente Organoid impressos 3D de manipulação

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

Uma entrevista com prof. Alinhar Miller, BSc (Hons) PhD FRSC FInstP, escritório de director-executivo, director e fundador, BIOGEL de Manchester

Dê por favor uma vista geral dos organoids. Por que são um modelo importante da pesquisa?

Organoids é 3 conjuntos (3D) dimensionais de células estaminais que vindo junto e emule o microambiente dentro dos órgãos individuais, se aquele seja fígado, rim, coração, intestino ou outros órgãos específicos. Essencialmente, podem ser vistos como órgãos diminutos, simplificados. Variam tipicamente em tamanho de alguns micrômetros a cinco milímetros e há potencial tantos como organoids diferentes porque há tecidos e uns órgãos diferentes no corpo. Uma escala tão diversa dos organoids pode formar controlando a diferenciação da célula estaminal específica usada, que pode ser influenciada pelas pilhas que recebem sinais instrutivos 3D da matriz extracelular (ECM), o media e uma vez que a estrutura 3D monta, pelas pilhas actuais nos organoids eles mesmos.

Crédito de imagem: Dimarion | Shutterstock

Há uma atenção considerável e os organoids circunvizinhos do excitamento neste momento como têm o potencial revolucionar as doenças da maneira são estudados e tratados. Os tecidos derivados ser humano crescentes no prato de cultura do tecido abrem a oportunidade de estudar confiantemente a biologia celular fundamental dentro dos órgãos individuais, a doença humana do modelo dos pacientes individuais e compostos novos da droga do teste para diminuir a falha da fase atrasada da terapêutica e igualmente em uma aproximação personalizada da medicina. Além, há o potencial mais a longo prazo de crescer órgãos inteiros e de usá-los para a transplantação, assim substituindo a necessidade para doações de órgão.

Como os organoids 3D são imprimidos no laboratório, produção particularmente alta da produção?

a impressão 3D permite que os pesquisadores gerem estruturas cada vez mais complexas de sistemas vivos. Uma aplicação é laboratório-em-um-microplaqueta, conhecida alternativamente como a órgão-em-um-microplaqueta. Isto envolve imprimir e conectar organoids diferentes junto para criar um 3D humano-como o caminho. Estes estão usados tipicamente testando a toxicidade e a eficácia de drogas novas enquanto passam através dos órgãos dentro da microplaqueta, que está apontando replicate o ambiente do corpo humano. O alvo chave deste é aumentar a descoberta da droga, diminuir a taxa de falhas de fase atrasada da terapêutica, da medicina personalizada avançada e diminuir o teste animal.

A produção alta da produção envolve imprimir repetindo estruturas de pilha, ou as gotas contendo células, que conduzem à mesma formação organoid em disposições múltiplas. Isto permite muitos testes comparáveis de ser realizado ao mesmo tempo, e na sucessão rápida. A vantagem de um ambiente tão alto da produção, é você pode explorar rapidamente a influência de um número alto de variáveis no sistema, usando volumes muito pequenos de amostra. É uns métodos mais rápidos, mais baratos e mais facilmente do que tradicionais. Os avanços recentes na manipulação alta robótico do líquido da produção expediram este aspecto do trabalho bem, além do que a revelação de bioinks imprimíveis do ` dos hydrogels'.

Como o aspecto alto da produção da produção organoid afecta a confiança? Muda como interagem com as drogas?

A confiança e a reprodutibilidade são primordiais ao imprimir organoids para a descoberta da droga neste momento, mim pensam que os desafios de conseguir esta mentira com a confiança do que é exactamente que você está imprimindo em primeiro lugar. É você que imprime o mesmo número de pilhas cada vez? Todas suas pilhas sobrevivem ao processo de impressão? Pode o conjunto de pilhas impresso na maneira direita de formar os organoids você querem crescer? Como consistente pode o processo de impressão estar dentro de uma experiência? Como consistente pode isto estar entre experiências diferentes e laboratórios diferentes?

Cada um das necessidades acima de ser sabido e controlado para permitir a sobrevivência da pilha no processo de impressão e no crescimento dos organoids do mesmo tamanho e do tipo, todas as vezes. Eu acredito que estes desafios podem ser superados tomando os materiais que projetam a aproximação. Isto significa usando um hydrogel conhecido, bem caracterizado e consistente como o ECM. Isto permitirá que os parâmetros de impressão (volume, tamanho da agulha, número da pilha, pressão da impressão, velocidade e tempo) sejam previstos e determinados assegurar reprodutìvel e a impressão segura para a formação de organoids consistentes. Somente então a biologia celular específica do órgão replicated para dar os dados que são consistentes, reprodutíveis, seguros, eficientes e evolutivos.

Que o BIOGEL de Manchester oferece para a impressão 3D organoid?

O BIOGEL de Manchester oferece a 3D os sistemas sintéticos do hydrogel do peptide, PeptiGels® que são inteiramente imprimíveis e reprodutíveis. Os hydrogels são os andaimes fibrillar, reminiscentes do ECM natural, em que essencialmente forneça um quadro de escalada para que as pilhas vão, se mova em torno, se interaja com, se diferencie e se cresça sobre. As propriedades mecânicas e a funcionalidade destes andaimes são altamente ajustáveis criar os ambientes que imitam todos os tecidos humanos. Importante nossos produtos do peptide, PeptiGels® são a tesoura que dilui que os meios eles são facilmente imprimíveis e recuperam suas propriedades do gel imediatamente depois da liberação da agulha da impressão.

Crédito de imagem: BIOGEL de Manchester

Tais propriedades permitem que as células estaminais aglomerem-se em uma maneira reprodutível e segura. Igualmente protege as pilhas e finalmente o crescimento organoid durante o processo de impressão 3D. Esta protecção é importante, porque quando você imprime você está pondo muito esforço de tesoura nas pilhas, e nos materiais. A capsulagem dentro das ajudas do hydrogel assegura-se de que as pilhas sobrevivam ao processo de impressão 3D e retenham sua capacidade para formar o organoid desejado.

Nossos hydrogels igualmente permitem que você imprima as estruturas 3D com uma definição espacial alta. Isto permite que você faça umas coisas mais complexas como microestrutura específicas da cópia dentro de um órgão maior. Por exemplo, você pode imprimir o vascularization dentro de um coração e imprimir tipos diferentes de pilhas para replicate partes diferentes do órgão com nosso PeptiGels® costurado.

Por que é a escalabilidade da tecnologia do BIOGEL de Manchester benéfica?

Nossos materiais são inteiramente evolutivos e são manufacturados sob os padrões ISO13486 com reprodutibilidade completa - nós não garantimos nenhum grupo para tratar a variabilidade. Ter um material 3D que exiba estas características é crucial para a produção organoid, para toda a aplicação.

Outra uma necessidade chave é a capacidade para recrear o tecido humano com segurança em desenvolve clìnica sistemas translatable. O material usado principalmente actualmente é Matrigel, que é um tumor decellularized crescido dentro dos ratos. Este sistema derivado animal é conhecido ter a variabilidade enorme do grupo-à-grupo e igualmente contem uma sopa do `' de factores de crescimento e de seqüências do reconhecimento da pilha que influencie o comportamento da pilha em maneiras desconhecidas e imprevisíveis. Consequentemente, você não pode ser certo se o comportamento que da pilha você está obtendo é realmente devido à resposta da pilha ou se é devido a algo presente no material de Matrigel. Além disso, todo o R&D desenvolvido usando este sistema será traduzido nunca na clínica devido a ele que é originário dos animais.

Você pode remover estes factores de risco trabalhando com os hydrogels inteiramente sintéticos, porque você conhece exactamente o que está nele e você sabe que não induz nenhuma resposta específica da pilha a não ser o que você disca dentro.

Por que for a matriz extracelular tão importante quando organoids da impressão 3D? Como pode a matriz extracelular ser manipulada por pesquisadores?

A matriz extracelular (ECM) for crítica quando organoids da impressão 3D. Oferece não somente a protecção às pilhas dos esforços e da tensão altos do processo de impressão, mas igualmente fornece o apoio de matriz para incentivar a aglomeração da pilha e a diferenciação dirigida impressas uma vez.

Os hydrogels do Peptide são indicações ideais do ECM para bioprinting; são inerente biocompatible, podem facilmente ser manipulados em termos de sua força mecânica e (a bio) funcionalidade pode facilmente ser introduzida para dirigir a diferenciação. Estes são chaves assegurar-se de que o comportamento humano do organoid possa ser replicated.

Mais especificamente, a rigidez do hydrogel pode ser ajustada para combinar in vivo as propriedades do tecido, por exemplo a rigidez do tecido de cérebro é muito menos do que a rigidez do tecido do coração. Isto é conseguido em parte com da mudança da concentração e em parte com da mudança do tipo do peptide que nós nos usamos para formular nossos materiais. Além, as seqüências instrutivos da pilha podem ser encaixadas dentro do hydrogel em uma forma sistemática e modular que fornece o controlo total sobre a resposta e o comportamento da pilha. Grupos funcionais típicos que podem ser incorporados incluem - RGD (fibronectin), - IKVAV e YIGSR (laminin) e - GFOGER (colagénio) que permite que nós replicate os componentes que estão naturalmente actuais dentro de determinados ambientes in vivo.

Então nós podemos igualmente adicionar factores de crescimento específicos, açúcares ou glycosaminoglycans no sistema, como desejado por nossos clientes.

Que tipos de organoids podem ser produzidos? Há alguns tipo e estrutura do tecido que não puderem ainda ser 3D impressos?

Eu acredito que todo o tipo ou órgão do tecido pode ser reproduzido principalmente porque há uns avanços recentes em controlar a diferenciação das células estaminais em linhagens diferentes e também que as propriedades dos hydrogels podem ser ajustadas para replicate qualquer tipo humano do tecido.

Eu não estou ciente de nenhuns tecidos que não podem ser imprimidos ainda. Contudo, há muitos ainda durante o processo de desenvolvimento em grupos de investigação diferentes em todo o mundo. Alguns exemplos do que nós olhamos especificamente com nossos hydrogels são coisas como o fígado, o rim e organoids cardíacos. Nós igualmente fizemos alguns organoids gastrintestinais e nós tivemos um particular destaque em tipos diferentes de organoids do tumor em fases diferentes da progressão da doença.

Dê por favor uma vista geral de 3D que bioprinting na investigação do cancro. Podem os organoids ser imprimidos com pilhas do tumor? Podem os tumores ser imprimidos?

bioprinting 3D de modelos do cancro está começando a emergir como uma área do crescimento. Isto é conduzido em parte por uma necessidade para pesquisadores ao movimento longe das 2D culturas, isto é horizontalmente biologia e no espaço 3D replicate realmente in vivo o comportamento do tumor, e em parte pela necessidade de imprimir umas estruturas mais complexas, por exemplo representa o vascularization encaixado dentro dos tumores. Muita desta pode ser conseguida imprimindo as linha celular múltiplas, junto ou separada, encaixadas dentro dos hydrogels projetados para recrear as regiões diferentes dentro dos tumores.

Uma revelação recente interessante está manipulando as propriedades do andaime que usa individualmente PeptiGels®. Por exemplo, nós podemos ajustar independente o pH e a rigidez para replicate o ambiente do tecido saudável e do tumor, assim como o tecido do tumor em fases diferentes da progressão. Emocionantemente, isto foi mostrado com pilhas de cancro da mama e linha celular do cancro do pâncreas para conduzir às diferenças dentro dos caminhos da biologia celular.

Como podem os organoids impressos 3D ser utilizados na medicina personalizada?

Os organoids da impressão 3D podem ajudar a desenvolver medicinas personalizadas em duas maneiras; em primeiro lugar pode aumentar a precisão do diagnóstico de uma circunstância, e em segundo lugar pode ajudar a encontrar o terapêutico direito, ou a mistura das drogas, para fornecer a resposta terapêutica óptima para pacientes individuais. Nós somos tudo diferentes, e temos processos moleculars e celulares complexos originais. Conseqüentemente, nós temos perfis vastamente diferentes da toxicidade e da eficácia ao mesmo drug/s. por exemplo, actualmente somente 30-60% de tratamentos pacientes são eficaz devido às diferenças na maneira que um indivíduo responde a, e metabolizam-se, medicinas.

Capitalizando em avanços recentes na tecnologia da célula estaminal nós podemos agora tomar uma amostra de próprias células estaminais de um paciente, e combinamos este com as tecnologias da alto-produção para imprimi-las e cultivar em disposições organoid múltiplas. Isto permitirá que nós explorem, compreender e identificar os perfis genéticos responsáveis para pacientes individuais drogam a resposta e usam-na para estabelecer seu perfil pharmacogenomic do `', e para identificar o tratamento óptimo.

Isto permitirá que nós movam-se longe de nossa tentativa e erro actual do `' que prescreve à terapia óptima por toda a primeira vez circularmente.

Há alguma área que você pensar será impactado pesadamente por organoids impressos 3D no futuro?

Como mencionado previamente, eu penso que os pontos chave onde a impressão 3D dos organoids pode criar uma mudança de etapa estão dentro dos campos crescentes da descoberta da droga, medicinas personalizadas, tecido projetar e compreender e aumentar o tratamento das doenças, incluindo o cancro.

Dentro de cada um destas áreas 3D que bioprinting abra a oportunidade de desenvolver uma compreensão mais profunda da ciência subjacente assim como de aumentar a eficácia da terapêutica, de reduzir seu custo de revelação e de conduzi-lo a uma SHIFT do paradigma no tratamento da doença.

Em resumo aumentará nossa qualidade de vida.

Que você vê como o futuro de organoids impressos 3D e para o BIOGEL de Manchester?

O BIOGEL de Manchester está emergindo como um lider do mercado no projecto e a fonte de hydrogels do peptide, de PeptiGels®, porque estes materiais são indicações imprimíveis do ECM com uma reputação provada para hospedar uma escala de células estaminais diferentes, e de diferenciação de pilha foi dirigida em organoids diferentes múltiplos. Os exemplos incluem, mas não são limitados aos sistemas do fígado, do rim, os cardíacos, os gastrintestinais e do tumor.

Importante nosso PeptiGels puder ser imprimido na estrutura complexa para imitar órgãos completos usando metodologias bioprinting tradicionais, ao igualmente poder formar micro gotas (para baixo a 2ml) quando viabilidade de manutenção do atendimento e integridade estrutural usando técnicas de manutenção do líquido.

Totais, nós somos entusiasmado contribuir a esta área de crescimento e transformar-se o actor importante em permitir mais humano como o comportamento que está sendo replicated no laboratório, reduzindo o uso dos animais na pesquisa da droga e oferecendo clìnica soluções translatable. Todo o isto paralelamente ao tempo e ao recurso dos pesquisadores da economia permitindo a geração de resultados reprodutíveis e seguros.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

https://manchesterbiogel.com/

Sobre o prof. Alinhar Miller, BSc (Hons) PhD FRSC FInstP

Alinhar actualmente vigia e conduz em todos os aspectos do negócio e tem sobre duas décadas da experiência equipes comerciais e académicos de guiamento através do sector da ciência da vida. Tem uma reputação forte de aumentar fundos para conduzir a tradução de pesquisa académico no ajuste clínico e comercial.

Antes de tomar o papel do CEO, Aline era professor da engenharia biomolecular na universidade de Manchester. É um químico treinando e igualmente guardarou uma bolsa de estudo júnior nova da pesquisa de Salão na universidade de Cambridge.

Citations

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