Profilierung des luminalen pH-Werts in dreidimensionalen gastrointestinalen Organoiden mit Hilfe von Mikroelektroden

Das übergeordnete Ziel unserer Forschung ist es, zu verstehen, wie Magenepithelzellen, Immunzellen, Stromazellen und ihre Produkte wie Zytokine und Schleim zusammenarbeiten, um auf eine Infektion mit dem Magenerreger Helicobacter pylori zu reagieren. Zu diesem Zweck versuchen wir, komplexe physiologisch relevante Modelle der menschlichen Magenschleimhaut zu erstellen. Frühere Studien mit Magenorganoiden haben widersprüchliche Ergebnisse hinsichtlich der Fähigkeit dieser Modelle gezeigt, säuresezernierende Parietalzellen zu erhalten.

Mit Hilfe der pH-Mikroelektroden konnten wir zeigen, dass menschliche Magenorganoide in Abwesenheit spezifischer Differenzierungs- oder Stimulationsprotokolle einen nahezu neutralen pH-Wert im Lumen aufrechterhalten. In Bezug auf die Zugänglichkeit hat das Organoid-Lumen unser Verständnis der Mikroumgebung darin lange Zeit eingeschränkt. Wir demonstrieren die ersten erfolgreichen pH-Messungen von Mikroelektroden zur funktionellen Charakterisierung von Organoiden.

Unsere mikroelektrodenbasierte Methode könnte Forschern ein zuverlässiges Werkzeug an die Hand geben, das an ihre spezifischen Bedürfnisse angepasst werden kann. Bisher wurde bei der pH-Messung in gastrointestinalen Organoiden pH-empfindliche Farbstoffe verwendet, die zur Quantifizierung auf mikroskopischer Bildgebung beruhen. Der Hauptvorteil der Verwendung von Mikroelektroden besteht darin, dass sie genaue numerische pH-Messwerte liefern.

Darüber hinaus kann der intraluminale pH-Wert in Echtzeit und mit hervorragender räumlicher Auflösung aufgezeichnet werden. Wir arbeiten an einem voll funktionsfähigen Modell der menschlichen Magenschleimschicht mit dem physiologischen pH-Gradienten, damit wir die Rolle dieser Barriere bei der Helicobacter-pylori-Infektion untersuchen können. Das ultimative Ziel ist es, neue zytoprotektive Behandlungen zu entwickeln, die die Schleimschicht stärken und das Eindringen von Bakterien verhindern.