به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، ارگانوئیدها - ساختارهای خودسازماندهی و بازتولید شونده که به عنوان مدل‌های سه بعدی آزمایشگاهی عمل می‌کنند – تولید آنها به سال 2009 بازمی‌گردد. اکنون، به لطف تحقیقات فراوان توسط Clevers و بسیاری از دانشمندان دیگر، اصول اولیه سیستم‌های کشت ارگانوئید به خوبی تثبیت شده است. در این سیستم‌ها، سلول‌های بنیادی در معرض فاکتورهای رشد قرار می‌گیرند و توسط یک ماتریکس سه‌بعدی، که معمولاً نوعی هیدروژل است، پشتیبانی می‌شوند و باعث ایجاد اندام‌های مینیاتوری عملکردی می‌شوند.

ارگانوئیدها

امروزه ارگانوئیدهایی که مانند انواع مختلف اندام‌ها رفتار می‌کنند به طور معمول از سلول‌های بنیادی انسان تولید می‌شوند. ارگانوئیدها در بازنویسی معماری سه بعدی، ناهمگنی و عملکرد بافت‌های اولیه برتر از رده‌های سلولی در نظر گرفته می‌شوند و از این رو تصور می‌شود که آنها از نظر فیزیولوژیکی برای مدل سازی بیماری‌های انسانی و پیش بینی پاسخ‌های درمانی مرتبط‌تر هستند. به لطف قوانین اخیر، فرصت‌ها برای مدل‌های in vitro انسانی در حال گسترش است. در اواخر سال 2022، قانون نوسازی FDA 2.0 امضا شد. این مجوز استفاده از جایگزین‌های خاصی را برای آزمایش حیوانی، از جمله سنجش‌های مبتنی بر سلول و مدل‌های رایانه‌ای، برای بررسی ایمنی و اثربخشی یک دارو قبل از آزمایش‌های بالینی را می‌دهد.

عملیات تولید و نظارت بر استفاده از ارگانوئیدها

Dhamija اشاره می‌کند که کار برای تولید، نظارت و استفاده از ارگانوئیدها به طور کلی بر اساس توان عملیاتی به دو دسته تقسیم می‌شود. دسته اول شامل کار برای تولید ارگانوئیدهای کاملاً خودکار و با کارایی بالا و مدیریت سنجش است. در این جریان‌های کاری، نرم‌افزار زمان‌بندی رشته‌ای از تصویرگرها، کنترل‌کننده‌های مایع، سانتریفیوژها و ابزارهای دیگر را به هم متصل می‌کند تا مراحل حیاتی مانند توزیع ماتریژل در گنبد، عبور یا دوز را خودکار کند. دسته دوم، Dhamija ادامه می‌دهد، شامل گردش‌های کاری برای عملیات با توان کمتر است. این گردش‌های کاری ممکن است کمتر مطلوب به نظر برسند، اما موقعیت‌هایی وجود دارد که ممکن است ترجیح داده شوند. یک چاپگر زیستی سه بعدی ابتکاری با بازوی روباتیک شش محوره، یک راه حل مستقل است که توان عملیاتی کمتری را ارائه می‌دهد، اما به شکل فشرده تر. با افزودن یک تصویربردار با محتوای بالا و یک انکوباتور، بازوی شش محوره با ابزارهای قابل جابجایی به سیستم اجازه می‌دهد تا به یک سلول کاری مستقل برای برداشت، توزیع، نظارت و جوجه کشی ارگانوئید تبدیل شود.

غربالگری و کشف دارو

رشد ارگانوئیدها در مقیاس مورد نیاز برای غربالگری و کشف دارو همچنان چالش برانگیز است. این نیاز شرکت‌های مولکولی را بر آن داشت تا Cellesce مستقر در بریتانیا و فناوری بیوراکتور اختصاصی آن را برای افزایش تولید ارگانوئید برای 10000 تا 50000 دوره ترکیبی خریداری کنند. مشتریان انواع ارگانوئیدهای مورد نیاز را مشخص می‌کنند، روش تولید ارگانوئیدی را ارائه می‌دهند یا بافت بیمار را برای گسترش می‌فرستند. تاکنون علاقه زیادی به استفاده از ارگانوئیدها در کشف دارو وجود داشته است. اما میزان استفاده هنوز حدود 20 درصد است. Dhamija می‌گوید: «ما می‌خواهیم ارگانوئیدها را صنعتی کنیم تا مقیاس تولیدو تکرارپذیری با هزینه کم را فعال کنیم. اما قبل از اینکه ارگانوئیدها بتوانند به سمت کاربردهایی مانند پزشکی دقیق حرکت کنند، باید غربالگری را توسعه دهیم. زیرا همانطور که روش‌های درمانی جدید شبیه انسان می‌شوند، کاربرد استفاده از مدل‌های حیوانی کمتر می‌شوند.

فناوری کشت میکروفلوئیدی

با توجه به این هدف که «نگریستن به شیوه‌ای فراگیرتر به بیماری، مزیت در نظر گرفتن تأثیر متقابل ارتباطات و اتصالات بین انواع سلول‌های مختلف را به همراه دارد.  می‌توانید جنبه‌هایی مانند جذب سلول‌های ایمنی را مطالعه کنید، که برای حمایت از درمان‌های جدید ایمنی-انکولوژی بسیار مهم است و اهداف جدیدی برای اختلالات ایمنی و فیبروز را به دنبال دارد.» برای حمایت از این رویکرد در مدل‌سازی بافت آزمایشگاهی، Mimetas OrganoPlate، یک فناوری میکروسیالی را ارائه کرده است. مدل‌های بافت آزمایشگاهی معمولاً شامل لوله‌های اپیتلیال، استروما، عروق و سلول‌های ایمنی هستند که توسط ژل ماتریکس خارج سلولی سه بعدی پشتیبانی می‌شوند و تحت پرفیوژن مداوم هستند. OrganoPlate به طور کلی شامل 64 تراشه میکروسیال است و می‌تواند کاملاً خودکار باشد.

فناوری میکروسیال OrganoPlate و مدل‌های بیماری ارائه شده با این روش

Mimetas OrganoPlate یک فناوری میکروسیال برای کاربردهای کشت in vitro است که می‌تواند تعامل مهم juxtacrine بین انواع مختلف سلول را به تصویر بکشد. در اینجا یک مدل تومور جامع نشان داده شده است که شامل یک شبکه عروقی کامل، استروما و سلول‌های ایمنی است. ولتو اظهار می‌دارد: «با توجه به فناوری ثبت اختراع PhaseGuide، می‌توانیم فیزیولوژی بافت را بدون غشای مصنوعی بازسازی کنیم. مدل‌های ما برای درک بیولوژی بیماری، کشف هدف و همچنین مطالعات پیش‌بالینی ADME/Tox استفاده می‌شوند. در حال حاضر مدل‌هایی برای بافت‌ها و اندام‌های روده، کبد، کلیه، ریه، سیستم عصبی مرکزی و سایر بافت‌ها در دسترس هستند که این شرکت از آنها برای مطالعه بیماری‌های التهابی و فیبروتیک و همچنین سرطان استفاده می‌کند. تعدادی از مدل‌ها در قالب OrganoReady موجود است، به این معنی که بافت‌های زنده تولید شده در آزمایشگاهای بزرگ برای مشتریان ارسال می‌شود. این محصولات شامل ارگانوئیدهای روده ای مشتق از سلول‌های بنیادی بالغ و لوله‌های کلیه، اندوتلیوم سد خونی مغزی، لوله‌های Caco2 و رگ‌های خونی است. محصولات OrganoReady در توسعه پیش بالینی استفاده می‌شود. فعالیت‌های معمولی شامل آزمایش‌های انتقال سد خونی مغزی، جذب روده یا سمیت است.

مدل‌های بیماری آماده شده برای تحقیقات

Vulto خاطرنشان می‌کند: «ما توان عملیاتی و سازگاری را در قالب بدون غشاء و مدل سازی بافت و جریان پرفیوژن جامع ارائه می‌دهیم. ما مدل بیماری را در مرکز کشف دارو قرار می‌دهیم و تخصص خود را از طریق برنامه‌های مشارکتی، خدمات و ارائه محصول ارائه می‌دهیم. حدود 60 دانشمند روزانه بر روی توسعه مدل‌های جدید و به کارگیری آن‌ها برای توسعه روش‌های درمانی علیه بیماری‌های حل نشده امروزی کار می‌کنند. به گفته ولتو، این شرکت پیشرفت قابل توجهی در زمینه سرطان کبد، متاستاز کبد، سنجش درمان با سلول‌های T گیرنده آنتی ژن کایمریک، بیماری‌های عفونی، بیماری التهابی روده، بیماری مزمن کلیوی و سایر نشانه‌ها دارد.

خدمات غربالگری

بانک زیستی Crown Bioscience شامل بیش از 200 مدل ارگانوئیدی مشتق شده از بیمار (PDO) برای شش نشانه انکولوژیک است. قابل ذکر است، برای چهار نشانه، مدل‌های طبیعی (غیر سرطانی) منطبق با بیمار در دسترس هستند. علاوه بر این، مدل‌های PDO بیماری روده تحریک‌پذیر ارائه شده را می‌توان در آزمایش درمان‌های ضد التهابی و رویکردهای پزشکی احیاکننده استفاده کرد. Crown Bioscience همچنین از بانک زیستی خود از بیوبانک زنوگرافت مشتق شده از بیمار برای تولید مدل‌های ارگانوئید زنوگرافت مشتق از بیمار (PDXO) استفاده کرده است. حدود 400 مدل PDXO برای 18 نشانه موجود است و عرضه آنها نیز در حال گسترش است .

رعایت استاندارهای کشت ایمن و کاربردی ضروری است

اما شما باید از روش‌های استاندارد پیروی کنید تا ارگانوئیدها جمعیت سلول‌های بنیادی را از دست ندهند. شرایط فرهنگ بسیار پیچیده است. روش‌های عبور و انجماد برای نگهداری فرهنگ‌های بلندمدت و با کیفیت بسیار مهم هستند.»  شرکت Crown Bioscience به عنوان یک سازمان تحقیقاتی قراردادی (CRO)،  خدمات تجزیه و تحلیل in vitro، in vivo و نشانگرهای زیستی را ارائه می‌کند. بنابراین ارگانوئیدها را می‌توان در مراحل اولیه کشف دارو (برای انجام غربالگری با توان بالای هزاران ترکیب) و همچنین در طول توسعه دارو (برای آزمایش ترکیبات سرب از نظر اثربخشی، ایمنی، عوارض جانبی، اثرات ترکیبی و فارماکوکینتیک) ارزیابی کرد. ارگانوئیدها با پیش‌بینی پاسخ دارویی بالا، «آزمایش‌های بالینی آزمایشگاهی» و تجزیه و تحلیل نشانگرهای زیستی پایین‌دستی را برای شناسایی جمعیت‌های بیمار پاسخ‌دهنده و غیرپاسخ‌دهنده امکان‌پذیر می‌کنند.

تهیه معرف‌های بهینه و استاندارد شده بافتی(کیت‌های تشخیصی)

ارگانوئیدها سیستم‌های کشت بسیار متنوعی هستند. کار ما برای بر روی آوردن معرف‌های بهینه و استاندارد شده به دانشمندان برای پشتیبانی از مدل‌های بافتی جدید و همچنین در طراحی مدل‌های بیولوژیکی که از قبل برای کاربردهایی مانند کشف دارو و توسعه تشخیصی پشتیبانی می‌کنیم، متمرکز شده است. این شرکت همچنین معرف‌های کشت سلولی تخصصی را برای هر دو ارگانوئیدهای مشتق شده از طریق تمایز مستقیم سلول‌های بنیادی پرتوان (PSCs) و ارگانوئیدهای مشتق شده از کشت سلول‌های بنیادی اپیتلیال یا سلول‌های پیش ساز ساکن بافت بالغ توسعه می‌دهد. این معرف‌ها همچنین از بافت‌های مدل‌سازی ارگانوئیدها از هر سه لایه زایای اکتودرم، مزودرم و اندودرم.پشتیبانی می‌کنند.  این شرکت همچنین ارگانوئیدهای انجمادی موش را برای روده، کبد و لوزالمعده ارائه می دهد و قصد دارد در نهایت تنوع بیشتری از ارگانوئیدهای مشتق شده از PSC را ارائه دهد. خدمات مبتنی بر ارگانوئید برای ارزیابی سمیت ترکیبات توسط CRO داخلی آن، خدمات سنجش قرارداد ارائه می شود.

تهیه کیت ارگانوئید روده ای STEMdiff

Stemcell Technologies کیت‌های تشخیصی کشت سلولی را برای حمایت از تحقیقات سلول‌های بنیادی، ایمونولوژی، سرطان، پزشکی احیا کننده و سلول درمانی ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، همانطور که در اینجا نشان داده شده است، کیت ارگانوئید روده ای STEMdiff این شرکت می‌تواند رشد ارگانوئیدهای روده ای را از سلول‌های بنیادی پرتوان امکان پذیر کند. موچیا خاطرنشان می‌کند: «استفاده بهینه از ارگانوئیدها در همه مناطقی که می‌توانند ابزارهای تحقیقاتی ارزشمندی باشند، زمان و انرژی می‌گیرد».

تهیه ژل‌های مورد نیاز برای ایجاد محیط سه بعدی

هیدروژل‌های ماتریکس خارج سلولی (ECM)، مانند ماتریکس کورنینگ ماتریژل، برای تشکیل ارگانوئیدها در شرایط آزمایشگاهی ضروری هستند. ماتریس ماتریژل یک ECM پرکاربرد است، در واقع ماتریژل یک مایع چسبناک است. همانطور که گرم می شود، به ژلی تبدیل می شود که می توان از آن برای ایجاد داربست یا محصور کردن سلول‌ها استفاده کرد. یک چالش می‌تواند کنترل دما باشد. بنابراین باید در طول این فرآیند ماتریژل سرد نگه داشته شود. در برخی موارد، این کار به صورت دستی انجام می‌شود، بنابراین می‌توان از تجهیزات طراحی شده ویژه برای خودکارسازی برخی از مراحل فرآیند استفاده کرد. به عنوان مثال، چاپگر زیستی Corning Matribot دارای یک دستگاه چاپ با دمای کنترل شده است تا امکان توزیع و چاپ هیدروژل‌هایی مانند ماتریس ماتریژل را فراهم کند.

محصولات جدید و مورد نیاز برای کشت سلول

یک هیدروژل تجاری ECM، Corning Matrigel Matrix، بیش از 30 سال است که در دسترس است. در کاربردهای ارگانوئیدی، می‌تواند به سلول‌ها کمک کند تا خود را جهت‌دهی کرده و قطبی شوند تا محیط in vivo را بهتر ایجاد کنند. این ماده وقتی سرد است، یک مایع چسبناک است. همانطور که گرم می‌شود، به ژلی تبدیل می‌شود که می‌توان از آن برای ایجاد داربست یا محصور کردن سلول‌ها استفاده کرد. محصول دیگر تهیه فلاسک T-75 است، که سطح زیرین آن حاوی 12000 چاه ریزحفره ای است که دارای پوشش بسیار کم چسبندگی است. در هنگام کشت، سلول‌ها در حفره‌ها مستقر می‌شوند و بر اساس هندسه حفره، یک کروی یکنواخت واحد در هر حفره تشکیل می‌شود.

کلام آخر

کار ارگانوئیدی بسیار چالش برانگیز است زیرا ظریف است. به عنوان مثال، می‌تواند از یک آزمایش به آزمایش دیگر و همچنین در آزمایشگاه‌های مختلف متفاوت باشد. همانطور که شرمن می‌گوید، "توسعه پروتکل‌های بهتر یا یافتن راه‌هایی برای استانداردسازی پروتکل‌های موجود برای کاهش تنوع بیولوژیکی ضروری است."

پایان مطلب/.