به روده خود اعتماد کنید: غربالگری مواد مخدر با استفاده از مدل های جدید روده

adminنوامبر 20, 2023

12 خواندن این مطلب 4 دقیقه زمان میبرد

به روده خود اعتماد کنید: غربالگری مواد مخدر با استفاده از مدل های جدید روده

تصویر میکروسکوپی از دخمه های روده در بافت انسان.

سلول های بنیادی که در پایه دخمه های روده قرار دارند، انواع مختلفی از سلول ها را که اپیتلیوم روده را تشکیل می دهند، بازسازی می کنند.

هدر طول توسعه دارو، محققان باید قبل از شروع آزمایش‌های بالینی، آزمایش‌های غیر بالینی کافی را برای اطمینان از ایمنی و اثربخشی دارو انجام دهند. یکی از جنبه‌های مهمی که آنها باید ارزیابی کنند، خواص فارماکوکینتیک دارو است، که توضیح می‌دهد چگونه این ترکیب در بدن حرکت می‌کند تا فعالیت خود را اعمال کند، از جمله جذب، توزیع، متابولیسم و دفع آن (ADME).

دستگاه گوارش (GI) یک سیستم مهم برای بررسی ویژگی های ADME یک دارو است زیرا محل اولیه جذب دارو است. داروهای خوراکی تجویز شده.¹ در نتیجه، پزشکان معمولاً مشاهده می کنند عوارض جانبی گوارشی ناشی از دارو در بیمارانی که در کارآزمایی های بالینی ثبت نام کرده اند.² اگرچه دانشمندان از مدل‌های حیوانی و آزمایشگاهی در طول توسعه غیر بالینی برای ارزیابی عوارض جانبی استفاده می‌کنند، اکثر عوارض جانبی گوارشی تا زمانی که آزمایش‌های بالینی انسانی انجام شود شناسایی نمی‌شوند.

مشکلات با مدل های روده غیر بالینی فعلی

مدل های حیوانی

محققان بیشتر به مدل های حیوانی از جمله جوندگان، سگ ها، خوک ها و پستانداران غیر انسانی برای ارزیابی ADME و سمیت، زیرا آنها به دانشمندان اجازه می دهند تا اثرات دارو را در یک سیستم پیچیده که چندین اندام و انواع بافت را ادغام می کند، ارزیابی کنند.³ با این حال، محققان اغلب به دلیل تفاوت در آناتومی، فیزیولوژی، رژیم غذایی و میکروبیوم نمی‌توانند داده‌های ADME و سمیت به‌دست‌آمده از مدل‌های حیوانی را به‌طور دقیق برون‌یابی کنند. این عیب بزرگ دانشمندان را بر آن داشته تا مدل‌های آزمایشگاهی بهتری برای انسان بسازند.

مدل های آزمایشگاهی

در دستگاه گوارش انسان، سلول‌های بنیادی واقع در کریپت‌های روده، مکمل انواع سلول‌هایی هستند که لایه اپیتلیال را تشکیل می‌دهند. هر سه تا چهار روز.⁴ از آنجایی که سلول های روده تمایز یافته عمر کوتاهی دارند، انجام این کار برای محققان دشوار است کشت سلولهای اپیتلیال اولیه بالغ IVF.⁵ در عوض، بسیاری از رده های سلولی انسان جاودانه، مانند Caco-2، برای مطالعه یکپارچگی سد و انتقال دارو در سراسر اپیتلیوم روده استفاده می کنند. سلول های Caco-2 شبیه انتروسیت های بالغ به دلیل قطبیت، ظرفیت جذب و بیان برخی از اتصالات محکم، انتقال دهنده ها و آنزیم های موجود در داخل بدن به صورت تک لایه رشد می کنند.⁶ با این حال، دانشمندان رده سلولی Caco-2 را از یک تومور سرطان روده بزرگ به دست آوردند، و بنابراین این مدل ویژگی‌های غیرمرتبط با اپیتلیوم سالم روده را نشان داد. علاوه بر این، تک‌کشت‌های Caco-2 از ارزیابی تأثیر دارو بر سایر انواع سلول‌های روده مانند سلول‌های جامی یا سلول‌های غدد درون‌ریز جلوگیری می‌کند.

هنگامی که دانشمندان سلول های بنیادی روده ای جدا شده از دخمه های روده طبیعی را در حضور پروتئین های ماتریکس خارج سلولی و فاکتورهای رشد کشت دادند، سلول ها تمایز یافتند و ارگانوئیدها را تشکیل می دهندجایی که حفره داخلی آنها نمایانگر لومن روده است.⁷ این مدل‌های آزمایشگاهی سه‌بعدی عملکرد و ساختار روده را در داخل بدن بهتر از تک‌کشت‌های Caco-2 بازتولید می‌کنند و به محققان اجازه می‌دهند تا اثرات دارو را بر روی انواع سلول‌های متعدد آزمایش کنند. با این حال، سطح آپیکال ارگانوئید رو به حفره داخلی است و دانشمندان را مجبور می کند که لایه اپیتلیال را هنگام تزریق دارو به لومن آن به خطر بیاندازند. این امر آنها را از آزمایش یکپارچگی مانع و انجام تجزیه و تحلیل با توان بالا باز می دارد. محققان می توانند این مشکلات را با معکوس کردن قطبیت ارگانوئید دور بزنند به طوری که سطح آپیکال رو به محیط غذایی باشد. با این حال، دانشمندان در صورت استفاده از ارگانوئیدها در هیچ تاییدی نمی توانند به راحتی به سطوح آپیکال و قاعده جانبی به طور همزمان دسترسی داشته باشند.

ایجاد یک مدل روده در شرایط آزمایشگاهی پیشرفته

علیرغم استفاده از این مدل‌های موجود در طول آزمایش‌های غیر بالینی، دانشمندان اغلب قادر به تشخیص سمیت گوارشی ناشی از دارو یا تخمین دقیق جذب آن تا زمانی که کارآزمایی‌های بالینی انجام نمی‌دهند، نیستند، احتمالاً به این دلیل که این مدل‌ها از نظر فیزیولوژیکی برای پیش‌بینی پاسخ انسان مرتبط نیستند یا منجر به مشکلات بالا نمی‌شوند. غربالگری توان عملیاتی بر این اساس، محققان هنوز در جستجوی سیستم‌های مدل بهتر برای جلوگیری از شکست‌های بالینی در مراحل آخر هستند.

این سیستم های RepliGut® از Altis Biosystems گروهی از مدل‌های in vitro و غیر بالینی هستند که اپیتلیوم روده انسان را تکرار می‌کنند. مشابه ارگانوئیدها، این سیستم‌ها از سلول‌های بنیادی روده مشتق از اهداکننده انسان استفاده می‌کنند که بر روی غشاهای نیمه تراوا با داربست کاشته می‌شوند تا تک‌لایه‌ها را تشکیل دهند. با تمایز، محققان خطوط سلولی اصلی روده را با همان نسبت موجود در بدن به دست می آورند. به دلیل تنظیمات آزمایشی این سیستم ها، دانشمندان به راحتی می توانند به هر دو دسترسی داشته باشند سطوح قاعده جانبی و راسی اپیتلیوم روده، که محدودیت اصلی کشت های ارگانوئیدی سه بعدی است.⁸ علاوه بر این، Altis Biosystems سلول های بنیادی را از چندین ناحیه از دستگاه گوارش و از چندین اهداکننده به دست آورده است. این به محققان اجازه می دهد تا سمیت و جذب دارو و همچنین یکپارچگی سد سلولی اپیتلیال را در مناطق مختلف و اهداکنندگان مطالعه کنند. این مدل‌های آزمایشگاهی مرتبط از نظر فیزیولوژیکی برای استفاده آسان هستند، با تجزیه و تحلیل با توان بالا سازگار هستند و در زمان و هزینه دانشمندان صرفه‌جویی می‌کنند و در نتیجه مطالعات غیر بالینی را تسریع می‌کنند.