Name: an intestine/liver microphysiological system for drug pharmacokinetic and toxicological assessment
Uploaded: 2020-12-03T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Intestine/Liver Microphysiological System for Drug Pharmacokinetic and Toxicological Assessment at JoVE.com

Vi takker Dr. Christie Guguen-Guillouzo, Dr. Philippe Gripon på Unit 522 INSERM og dr. Christian Trepo på Unit 271 INSERM for brugen af det biologiske materiale (Hepa RG celler) og for at stille derefter til rådighed for os for at udføre den akademiske forskning.

1. Produktion af vævsækvivalenter til dyrkning i 2-OL
<ol><li>Produktion af tyndtarmens barriere<ol>
<li>Vedligehold Caco-2 og HT-29 celler ved hjælp af tarmen tilsvarende medium: DMEM suppleret med 10% FBS, 1% penicillin og streptomycin, og 1% ikke-essentielle aminosyrer, som er navngivet som "DMEM S" i dette manuskript.</li>
		<li>Fjern mediet, vask to gange med 1x DPBS og tilsæt 8 ml 0,25% Trypsin/EDTA for at adskille Caco-2 celler dyrket i cellekulturkolber (175 cm2). Inkuber i 5 minutter ved 37 °C ...

<ol>
	<li>Zhang, D., Luo, G., Ding, X., Lu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preclinical+experimental+models+of+drug+metabolism+and+disposition+in+drug+discovery+and+development.">Preclinical experimental models of drug metabolism and disposition in drug discovery and development.</a> Acta Pharmaceutica Sinica B. 2 (6), 549-561 (2012).</li><li>Hynds, R. E., Giangreco, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relevance+of+human+stem+cell-derived+organoid+models+for+epithelial+translational+medicine.">The relevance of human stem cell-derived organoid models for epithelial translational medicine.</a> Stem Cells. 31 (3), 417-422 (2013).</li><li>Sivaraman, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Microscale+In+vitro+Physiological+Model+of+the+Liver:+Predictive+Screens+for+Drug+Metabolism+and+Enzyme+Induction.">A Microscale In vitro Physiological Model of the Liver: Predictive Screens for Drug Metabolism and Enzyme Induction.</a> Current Drug Metabolism. 6 (6), 569-591 (2005).</li><li>Dehne, E. M., Hasenberg, T., Marx, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ascendance+of+microphysiological+systems+to+solve+the+drug+testing+dilemma.">The ascendance of microphysiological systems to solve the drug testing dilemma.</a> Future Science OA. 3 (2), 185 (2017).</li><li>Oleaga, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-Organ+toxicity+demonstration+in+a+functional+human+in+vitro+system+composed+of+four+organs.">Multi-Organ toxicity demonstration in a functional human in vitro system composed of four organs.</a> Scientific Reports. 6, 20030 (2016).</li><li>Maschmeyer, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+four-organ-chip+for+interconnected+long-term+co-culture+of+human+intestine,+liver,+skin+and+kidney+equivalents.">A four-organ-chip for interconnected long-term co-culture of human intestine, liver, skin and kidney equivalents.</a> Lab Chip. 15 (12), 2688-2699 (2015).</li><li>Esch, M. B., Mahler, G. J., Stokol, T., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Body-on-a-chip+simulation+with+gastrointestinal+tract+and+liver+tissues+suggests+that+ingested+nanoparticles+have+the+potential+to+cause+liver+injury.">Body-on-a-chip simulation with gastrointestinal tract and liver tissues suggests that ingested nanoparticles have the potential to cause liver injury.</a> Lab Chip. 14 (16), 3081-3092 (2014).</li><li>Materne, E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Multi-organ+Chip+-+A+Microfluidic+Platform+for+Long-term+Multi-tissue+Coculture.">The Multi-organ Chip - A Microfluidic Platform for Long-term Multi-tissue Coculture.</a> Journal of Visualized Experiments. , e52526 (2015).</li><li>Esch, M. B., Ueno, H., Applegate, D. R., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modular,+pumpless+body-on-a-chip+platform+for+the+co-culture+of+GI+tract+epithelium+and+3D+primary+liver+tissue.">Modular, pumpless body-on-a-chip platform for the co-culture of GI tract epithelium and 3D primary liver tissue.</a> Lab Chip. 16 (14), 2719-2729 (2016).</li><li>Sung, J. H., Kam, C., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+microfluidic+device+for+a+pharmacokinetic&#8211;pharmacodynamic+(PK-PD)+model+on+a+chip.">A microfluidic device for a pharmacokinetic&#8211;pharmacodynamic (PK-PD) model on a chip.</a> Lab on a Chip. 10 (4), 446-455 (2010).</li><li>Viravaidya, K., Sin, A., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+Microscale+Cell+Culture+Analog+to+Probe+Naphthalene+Toxicity.">Development of a Microscale Cell Culture Analog to Probe Naphthalene Toxicity.</a> Biotechnology Progress. 20 (1), 316-323 (2004).</li><li>Sin, A., Chin, K. C., Jamil, M. F., Kostov, Y., Rao, G., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Design+and+Fabrication+of+Three-Chamber+Microscale+Cell+Culture+Analog+Devices+with+Integrated+Dissolved+Oxygen+Sensors.">The Design and Fabrication of Three-Chamber Microscale Cell Culture Analog Devices with Integrated Dissolved Oxygen Sensors.</a> Biotechnology Progress. 20 (1), 338-345 (2004).</li><li>Tsamandouras, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+Gut+and+Liver+Microphysiological+Systems+for+Quantitative+In+vitro+Pharmacokinetic+Studies.">Integrated Gut and Liver Microphysiological Systems for Quantitative In vitro Pharmacokinetic Studies.</a> The AAPS Journal. 19 (5), 1499-1512 (2017).</li><li>Graham, G. G., Davies, M. J., Day, R. O., Mohamudally, A., Scott, K. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+modern+pharmacology+of+paracetamol:+Therapeutic+actions,+mechanism+of+action,+metabolism,+toxicity+and+recent+pharmacological+findings.">The modern pharmacology of paracetamol: Therapeutic actions, mechanism of action, metabolism, toxicity and recent pharmacological findings.</a> Inflammopharmacology. 21 (3), 201-232 (2013).</li><li>Hodgman, M. J., Garrard, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review+of+Acetaminophen+Poisoning.">A Review of Acetaminophen Poisoning.</a> Critical Care Clinics. 28 (4), 499-516 (2012).</li><li>Maschmeyer, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chip-based+human+liver-intestine+and+liver-skin+co-cultures+-+A+first+step+toward+systemic+repeated+dose+substance+testing+in+vitro.">Chip-based human liver-intestine and liver-skin co-cultures - A first step toward systemic repeated dose substance testing in vitro.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 95, 77-87 (2015).</li><li>Bessems, J. G. M., Vermeulen, N. P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Paracetamol+(acetaminophen)-induced+toxicity:+Molecular+and+biochemical+mechanisms,+analogues+and+protective+approaches.">Paracetamol (acetaminophen)-induced toxicity: Molecular and biochemical mechanisms, analogues and protective approaches.</a> Critical Reviews in Toxicology. 31 (1), 55-138 (2001).</li><li>Hirt, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+afterload+induces+pathological+cardiac+hypertrophy:+A+new+in+vitro+model.">Increased afterload induces pathological cardiac hypertrophy: A new in vitro model.</a> Basic Research in Cardiology. 107 (6), 307 (2012).</li><li>Fink, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronic+stretch+of+engineered+heart+tissue+induces+hypertrophy+and+functional+improvement.">Chronic stretch of engineered heart tissue induces hypertrophy and functional improvement.</a> The FASEB journal official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology. 14 (5), 669-679 (2000).</li><li>Zhang, B., Peticone, C., Murthy, S. K., Radisic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+standalone+perfusion+platform+for+drug+testing+and+target+validation+in+micro-vessel+networks.">A standalone perfusion platform for drug testing and target validation in micro-vessel networks.</a> Biomicrofluidics. 7 (4), 044125 (2013).</li><li>Ara&#250;jo, F., Sarmento, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Towards+the+characterization+of+an+in+vitro+triple+co-culture+intestine+cell+model+for+permeability+studies.">Towards the characterization of an in vitro triple co-culture intestine cell model for permeability studies.</a> International Journal of Pharmaceutics. 458 (1), 128-134 (2013).</li><li>Cadena-Herrera, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+three+viable-cell+counting+methods:+Manual,+semi-automated,+and+automated.">Validation of three viable-cell counting methods: Manual, semi-automated, and automated.</a> Biotechnology Reports. 7, 9-16 (2015).</li><li>Gripon, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infection+of+a+human+hepatoma+cell+line+by+hepatitis+B+virus.">Infection of a human hepatoma cell line by hepatitis B virus.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (24), 15655-15660 (2002).</li><li>Guillouzo, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+human+hepatoma+HepaRG+cells:+A+highly+differentiated+model+for+studies+of+liver+metabolism+and+toxicity+of+xenobiotics.">The human hepatoma HepaRG cells: A highly differentiated model for studies of liver metabolism and toxicity of xenobiotics.</a> Chemico-Biological Interactions. 168 (1), 66-73 (2007).</li><li>Wagner, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dynamic+multi-organ-chip+for+long-term+cultivation+and+substance+testing+proven+by+3D+human+liver+and+skin+tissue+co-culture.">A dynamic multi-organ-chip for long-term cultivation and substance testing proven by 3D human liver and skin tissue co-culture.</a> Lab on a Chip. 13 (18), 3538-3547 (2013).</li><li>Forrest, J. A. H., Clements, J. A., Prescott, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+Pharmacokinetics+of+Paracetamol.">Clinical Pharmacokinetics of Paracetamol.</a> Clinical Pharmacokinetics. 7 (2), 93-107 (1982).</li><li>Dollery, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Therapeutic Drugs. , (1999).</li><li>Shah, V. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioanalytical+method+validation-a+revisit+with+a+decade+of+progress.">Bioanalytical method validation-a revisit with a decade of progress.</a> Pharmaceutical research. 17 (12), 1551-1557 (2000).</li><li>Marin, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shp2+negatively+regulates+growth+in+cardiomyocytes+by+controlling+focal+adhesion+kinase/src+and+mTOR+pathways.">Shp2 negatively regulates growth in cardiomyocytes by controlling focal adhesion kinase/src and mTOR pathways.</a> Circulation Research. 103 (8), 813-824 (2008).</li><li>Linkert, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metadata+matters:+Access+to+image+data+in+the+real+world.">Metadata matters: Access to image data in the real world.</a> Journal of Cell Biology. 189 (5), 777-782 (2010).</li><li>OECD. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OECD+TG+491+-+Short+Time+Exposure+In+vitro+Test+Method+for+Identifying+i)+Chemicals+Inducing+Serious+Eye+Damage+and+ii)+Chemicals+Not+Requiring+Classification+for+Eye+Irritation+or+Serious+Eye+Damage.">OECD TG 491 - Short Time Exposure In vitro Test Method for Identifying i) Chemicals Inducing Serious Eye Damage and ii) Chemicals Not Requiring Classification for Eye Irritation or Serious Eye Damage.</a> OECD. 14, (2018).</li><li>Fernandes, M. B., Gon&#231;alves, J. E., Tavares, L. C., Storpirtis, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Caco-2+cells+permeability+evaluation+of+nifuroxazide+derivatives+with+potential+activity+against+methicillin-resistant+Staphylococcus+aureus+(MRSA).">Caco-2 cells permeability evaluation of nifuroxazide derivatives with potential activity against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).</a> Drug Development and Industrial Pharmacy. 41 (7), 1066-1072 (2015).</li><li>OECD. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OECD+TG+492+-+Reconstructed+human+Cornea-like+Epithelium+(RhCE)+test+method+for+identifying+chemicals+not+requiring+classification+and+labelling+for+eye+irritation+or+serious+eye+damage.">OECD TG 492 - Reconstructed human Cornea-like Epithelium (RhCE) test method for identifying chemicals not requiring classification and labelling for eye irritation or serious eye damage.</a> OECD. 35, (2018).</li><li>OECD, O. E. C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OECD+TG+431+-+In+vitro+skin+corrosion:+reconstructed+human+epidermis+(RHE)+test+method.">OECD TG 431 - In vitro skin corrosion: reconstructed human epidermis (RHE) test method.</a> OECD. 8, (2016).</li><li>OECD. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OECD+TG+439+-+In+vitro+Skin+Irritation:+Reconstructed+Human+Epidermis+Test+Method.">OECD TG 439 - In vitro Skin Irritation: Reconstructed Human Epidermis Test Method.</a> OECD. 21, (2015).</li><li>Marin, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acetaminophen+absorption+and+metabolism+in+an+intestine/liver+microphysiological+system.">Acetaminophen absorption and metabolism in an intestine/liver microphysiological system.</a> Chemico-Biological Interactions. 299, 59-76 (2019).</li><li>Maass, C., Stokes, C. L., Griffith, L. G., Cirit, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-functional+scaling+methodology+for+translational+pharmacokinetic+and+pharmacodynamic+applications+using+integrated+microphysiological+systems+(MPS).">Multi-functional scaling methodology for translational pharmacokinetic and pharmacodynamic applications using integrated microphysiological systems (MPS).</a> Integrative Biology (United Kingdom). 9 (4), 290-302 (2017).</li><li>Sung, J. H., Wang, Y., Shuler, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strategies+for+using+mathematical+modeling+approaches+to+design+and+interpret+multi-organ+microphysiological+systems+(MPS).">Strategies for using mathematical modeling approaches to design and interpret multi-organ microphysiological systems (MPS).</a> APL Bioengineering. 3 (2), 021501 (2019).</li></ol>

Den nøjagtige og pålidelige vurdering af de farmakologiske egenskaber ved efterforskningsmæssige nye lægemidler er afgørende for at reducere risikoen i de følgende udviklingstrin. Mps er en forholdsvis ny teknologi, der har til formål at forbedre den prædiktive effekt og reducere omkostninger og tid brugt med prækliniske tests. Vores gruppe er fremme i vurderingen af farmakokoptiske og toksikologiske egenskaber for det meste er nødvendige for bly optimering. Vi arbejdede med 2-OC microfluidic enhed, som har to ...

På grund af genomiske og proteomiske forskelle har dyremodeller begrænset prædiktiv værdi for flere menneskelige resultater. Desuden er de tidskrævende, dyre og etisk tvivlsomme1. MPS er en forholdsvis ny teknologi, der har til formål at forbedre den prædiktive effekt og reducere omkostninger og tid brugt med prækliniske tests. De er mikrofluidiske anordninger, der dyrker organoider (kunstige mimetik funktionelle enheder af organer) under medieflow, der fremmer organoid-organoid kommunikation. Organoider fremstillet af humane celler øger den translationellerelevans 2,3,4. MPS forventes at klare sig bedre end dyreforsøgene, fordi de er genetisk menneskelige og opsummere samspillet mellem væv. Når den er fuldt funktionsdygtig, vil mps give mere meningsfulde resultater, ved højere hastighed og lavere omkostninger og risici4. Mange grupper er ved at udvikle MPS til flere formål, især sygdomsmodeller til test af lægemidlets effektivitet.
Eksponeringsniveau er en af de mest kritiske parametre til vurdering af lægemidlets effekt ogtoksicitet 5,6,7,8,9,10,11,12. MPS tillader organoid integration, der emulerer systemisk eksponering og forventes at klare sig bedre end den traditionelle 2D humane væv kultur. Denne teknologi kan forbedre forudsigelsen af sammensat tarmabsorption og levermetabolisme4betydeligt.
En MPS integrere menneskelige ækvivalent model af tarm og lever er et godt udgangspunkt, i betragtning af den centrale rolle, som disse to organer i narkotika biotilgængelighed og systemiskeksponering 13,14,15. APAP er et attraktivt lægemiddel til at studere en MPS uden en nyre tilsvarende, fordi dens metabolisering sker primært af leveren16,17.
Den 2-OC er en to-kammer mikrofluidisk enhed egnet til kulturen i to forskellige humane ækvivalente væv / organoider forbundet med mikrokanaler16. For at efterligne en in vitro human oral/intravenøs administration af et lægemiddel og vurdere virkningerne af krydstale mellem tarmen og leverækvivalenter på APAP farmakokinetik, ud over organoidernes funktionalitet og levedygtighed blev der udført tre forskellige MPS-samlinger: 1) en "Tarm 2-OC MPS" bestående af en tarmækvivalent baseret i et kulturindsættelse, der indeholder en Caco-2 + HT-29-cellers cokultur, integreret i 2-OC-enheden; 2) en "Lever 2-OC MPS" bestående af lever sfæroider af HepaRG + HHSteC (Human Hepatic Stellate Cells) integreret i 2-OC enhed; og (3) en "Tarm/lever 2-OC MPS" bestående af tarmækvivalenten i det ene enhedsrum, der kommunikerer med leverækvivalenten i den anden af mediestrømmen gennem de mikrofluidiske kanaler.
Alle analyser blev udført under statiske (ingen flow) og dynamiske (med flow) forhold på grund af virkningen af den mekaniske stimuli (kompression, stretching, og forskydning) på cellens levedygtighed og funktionaliteter18,19,20. I denne artikel beskrives protokollen for APAP oral/intravenøs indhyling emulering og de respektive absorption / metabolisme og toksikologiske analyser i 2-OC MPS indeholder human tarm og lever ækvivalent modeller.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1x DPBS</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>14190235</td>
			<td>No calcium, no magnesium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-OC</td>
			<td>TissUse GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Two-organ chip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>384-well Spheroid Microplate</td>
			<td>Corning</td>
			<td>3830</td>
			<td>Black/Clear, Round Bottom, Ultra-Low Attachment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4% Paraformaldehyde</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Use to fix cell</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetaminophen</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A7085</td>
			<td>Use to MPS assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Tedia</td>
			<td></td>
			<td>Used to perform HPLC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 647 phalloidin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>confocal experiment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium acetate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Used to perform HPLC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caco-2 cells</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>86010202</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cacodylate buffer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture flasks</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Confocal Fluorescence microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>DMI6000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryostat</td>
			<td>Leica</td>
			<td>CM1950</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM high glucose</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12800017</td>
			<td>Add supplements: 10% fetal bovine serum, 100 units per mL penicillin, 100 &#181;g/mL streptomycin, and 1% non-essential amino acids</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D4540</td>
			<td>Add 2% to HepaRG media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Synth</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12657029</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Freezing medium OCT</td>
			<td>Tissue-Tek</td>
			<td></td>
			<td>Tissue-Tek&#174; O.C.T.&#8482; Compound is a formulation of watersoluble glycols and resins, providing a convenient specimen matrix for cryostat sectioning at temperatures of -10&#176;C and below.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hematoxylin &#38; Eosin</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HepaRG cells</td>
			<td>Biopredic International</td>
			<td>HPR101</td>
			<td>Undifferentiated cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HHSTeC</td>
			<td>ScienCell Research Laboratories</td>
			<td>5300</td>
			<td>Cells and all culture supplements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoechst 33342</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>HCA experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HT-29 cells</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>85061109</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Insulin</td>
			<td>Invitrogen - Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>12585014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrocortisone</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>H0888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol</td>
			<td>Merck</td>
			<td>278475</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Karnovsky&#8217;s fixative</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-glutamine</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A2916801</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luna C18 guard column SS</td>
			<td>Phenomenex</td>
			<td></td>
			<td>Used to perform HPLC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>DMi4000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microtome</td>
			<td>Leica</td>
			<td>RM2245</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millicell 0.4 &#181;m pore size inserts</td>
			<td>Merck</td>
			<td>PIHP01250</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Millicell ERS-2 meter</td>
			<td>Merck</td>
			<td>MERS00002</td>
			<td>Used to TEER measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MitoTracker Deep Red</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>HCA experiments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MTT</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>M6494</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MX3000P system</td>
			<td>Agilent Technologies</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Neubauer chamber</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Counting cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operetta High Content Imaging System</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td></td>
			<td>Used to perform HCA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P450-Glo CYP3A4 Assay with Luciferin-IPA</td>
			<td>Promega</td>
			<td>Cat.# V9001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin/Streptomycin</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>15070063</td>
			<td>Cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Permount</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Histology</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>RT-qPCR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVDF membrane</td>
			<td>BioRad</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVDF Syringe filter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>0.22 &#956;m pore size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reversed-phase Luna C18 column</td>
			<td>Phenomenex</td>
			<td></td>
			<td>Used to perform HPLC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaker (IKA VXR Basic Vibrax)</td>
			<td>IKA Works GmbH &#38; Co</td>
			<td>2819000</td>
			<td>Used for spheroids to improve MTT assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stellate Cell Media (STeC CM)</td>
			<td>ScienCell</td>
			<td>5301</td>
			<td>Add STeC CM supplements</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperScriptIITM Reverse Transcriptase</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SYBR Green PCR Master Mix</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRizol TM reagent</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Trizol is a monophasic solution of phenol and guanidine isothiocyanate.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin/EDTA solution</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>R001100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra-low-attachment plates</td>
			<td>Corning</td>
			<td>CLS3471-24EA</td>
			<td>6 wells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vectashield plus DAPI mounting media</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>White Opaque 96-well Microplate</td>
			<td>PerkinHelmer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wide-bore tips</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Williams E</td>
			<td>Pan Biotech</td>
			<td>P04-29510</td>
			<td>Add supplements: 10% fetal bovine serum, 2 mM L-glutamine, 100 units per ml penicillin, 100 &#181;g/mL streptomycin and 5 &#181;g/mL human insulin</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an intestine/liver microphysiological system for drug pharmacokinetic and toxicological assessment

De nyligt indførte mikrofysiologiske systemer (MPS), der dyrker humane organoider, forventes at klare sig bedre end dyr i den prækliniske testfase af lægemiddeludviklingsprocessen, fordi de er genetisk menneskelige og opsummerer samspillet mellem væv. I denne undersøgelse den menneskelige tarmbarriere (emuleret af en samkultur af Caco-2 og HT-29 celler) og leverækvivalenten (emuleret af sfæroider lavet af differentierede HepaRG-celler og humane levertenytceller) blev integreret i en mikrofluidisk anordning med to orgelchip (2-OC) til vurdering af nogle acetaminophofen (APAP) farmakologiske (PK) og toksikologiske egenskaber. MPS havde tre forsamlinger: Tarm kun 2-OC, Lever kun 2-OC, og tarm /lever 2-OC med de samme medier perfusing begge organoider. Til PK-vurderinger udførte vi APAP i medierne på forudindstillede tidspunkter efter administration af den enten over tarmbarrieren (efterligner den mundtlige rute) eller i medierne (efterligner den intravenøse rute) ved henholdsvis 12 μM og 2 μM. Medieprøverne blev analyseret ved omvendt fase højtryksvæskekromatografi (HPLC). Organoider blev analyseret for genekspression, for TEER værdier, for proteinudtryk og aktivitet, og derefter indsamlet, fast, og sendt til et sæt af morfologiske evalueringer. MTT-teknikken klarede sig godt ved vurderingen af organoidens levedygtighed, men analyserne med højt indhold (HCA) var i stand til at påvise meget tidlige toksiske hændelser som reaktion på APAP-behandling. Vi har kontrolleret, at mediestrømmen ikke i væsentlig grad påvirker APAP-absorptionen, mens det forbedrer leverens tilsvarende funktionalitet betydeligt. APAP menneskelige intestinal absorption og levermetabolisme kunne efterlignes i MPS. Forbindelsen mellem MPS-data og silicomodellering har et stort potentiale til at forbedre forudsigeligheden af in vitro-metoderne og give bedre nøjagtighed end dyremodeller i farmakokologiske og toksikologiske undersøgelser.

For at udføre PK APAP test i 2-OC MPS, det første skridt er at fremstille den menneskelige tarm og lever ækvivalenter (organoids). De er integreret i 2-OC microfluidic enhed (Figur 1A) 24 h før start af PK APAP assay. Den næste dag ændres mediet, og modellen udsættes for APAP. Figur 1 illustrerer tarmen og leverækvivalenter placeret inde i 2-OC-enheden (Figur 1B) og APAP PK-forsøgstidskursen (Figur 1C</...

Watch this Scientific Journal Video about An Intestine/Liver Microphysiological System for Drug Pharmacokinetic and Toxicological Assessment at JoVE.com

An Intestine/Liver Microphysiological System for Drug Pharmacokinetic and Toxicological Assessment

Vi udsatte et mikrofysiologisk system (MPS) med tarm og leverorganoider for acetaminophen (APAP). I denne artikel beskrives metoderne til organoidproduktion og APAP-farmakoketiske og toksikologiske ejendomsvurderinger i mps.' en. Den beskriver også de vævsfunktionsanalyser, der er nødvendige for at validere resultaterne.

Et mikrofysiologisk system for lægemiddelmakokinetisk og toksikologisk vurdering af tarmen/leversystemet

The recently introduced microphysiological systems (MPS) cultivating human organoids are expected to perform better than animals in the preclinical tests ...

Mikrofysiologiske systemer har evnen til at efterligne farmakokinetiske og den toksikologiske reaktion af det menneskelige legeme til specifikke behandlinger af interesser. Mikrofysiologiske systemer har potentiale til at erstatte dyreforsøg, da deres anvendelse kan forbedre in vitro-metodernes prædiktive effekt og reducere omkostningerne og tidspunktet for farmakoketiske og toksikologiske undersøgelser. 24 timer før teststoffets indgift, opdeles en 800 mikroliter aliquot af William ES medium mellem de større og mindre rum i de to organchip, og aspirere basolateral og apalisk medium fra hver tarmbarriere ækvivalent i de forberedte 24 brøndplader.Brug sterile kraftbefængte, integrere en indsats pr to organ chip kredsløb i det større rum og tilføje 200 mikroliter af DMEMS til den apikale side. Ved hjælp af brede borespidser skal du integrere 20 leverækvivalenter pr. kredsløb i det mindre rum i de to orgelchip og forbinde systemet til styreenheden. Tilslut derefter styreenheden til en tryklufttilførsel og sæt trykket til ca. plus eller minus 300 stænger og en pumpefrekvens på 0,3 Hertz.Den næste dag fortyndes bestanden acetaminophen opløsning til en 12 mikromolar koncentration. At erstatte mediet i systemet, aspirere basolaterale og apikale medier fra tarmbarrieren ækvivalent i de to organ chip og tilføje 500 mikroliter af frisk passende kultur medium i det store rum på organoid basolateral side og 300 mikroliters til det lille rum. Efter kontrol for bobler, emulere oral administration med tilsætning af 200 mikroliter af en 12 mikromolar acetaminophen opløsning på den apikale side af tarmkultur skær og forbinde det mikrofysiologiske system til kontrolenheden.Opsaml det samlede volumen fra både tarmapikale og basolaterale sider samt fra det lille rum i tre eksemplarer på de angivne tidspunkter. Når alle prøverne er indsamlet, skal du angive alle de relevante parametre for HPLC-analysen som angivet i tabellen og filtrere den mobile fase gennem et 0,4 mikron membranfilter under vakuum. Filtrer derefter prøverne gennem et PVDF-sprøjtefilter af 0,22 mikron porestørrelse, og prøverne opbevares i et hætteglas, før HPLC UV-målingen påbegyndes.For at vurdere organoid levedygtighed, overføre alle 20 sfæroider fra hver replikat til individuelle brønde af en 96 brønd plade og overføre cellekultur skær til individuelle brønde af en 24 brønd plade. Vævsækvivalenter vaskes tre gange med frisk DPBS pr. vask, og der tilsættes 300 mikroliter af en MTT-opløsning på 1 mg pr. milliliter til hver forsøgsblyt. Efter en tre timers inkubation i cellekultur inkubatoren erstattes MTT-opløsningen med 200 mikroliter isopropanol pr. brønd til en overnight inkubation ved fire grader Celsius for at udtrække MTT formazan fra tarmen og leverækvivalenter.Den næste morgen, overføre 200 mikroliter af hver supernatant til den passende godt i 96 godt plade og læse formazan på en pladelæser på 570 nanometer at tillade beregning af den relative evne til cellerne til at reducere MTT ved hjælp af den gennemsnitlige optiske tæthed af hvert tidspunkt i forhold til den negative kontrol. Til cytokemisk og histologisk analyse af prøverne fastgør først tarmen og leverækvivalenter i 4%paraformaldehyd i 0,1 molar PBS i 25 minutter ved stuetemperatur. Ved inkubationens afslutning vaskes organoiderne fem gange i PBS i 10 minutter pr. vask, før tarm- og leverækvivalenter farves med tetramethylrhodamin isothiocyanat-phalloidin Alexa Fluor 647 falloidin i en time ved stuetemperatur.Ved inkubationens afslutning overføres prøverne til frysende medium i et par minutter, før vævet fastfryses i flydende nitrogen. Dernæst skal du bruge en kryostat til at erhverve 10 til 12 mikrotynde lever sfæroide kryo-sektioner og montere væv sektioner i montering medium med DAPI for billeddannelse ved konfokal fluorescens mikroskopi. For mitokondrielle og nukleare farvning, helt dække prøverne med mitokondrielle farvning løsning for en 15 til 45 minutters inkubation ved 37 grader Celsius i en befugtet atmosfære med 5% kuldioxid.Ved inkubationens afslutning udskiftes farvningsopløsningen forsigtigt med 2 til 4% paraformaldehyd i PBS i 15 minutter ved stuetemperatur. Efter fastgørelse skylles cellerne forsigtigt to gange med frisk PBS i fem minutter pr. vask, før prøverne mærkes med nukleinsyrefarvningsarbejdsopløsning i 10 minutter ved stuetemperatur. Ved inkubationens afslutning vaskes prøverne med tre, fem minutters vask i PBS beskyttet mod lys, og brug nukleinsyrepletten til at lette kvantificeringen af antallet af mitokondrielle plet, der udtrykker celler på et fluorescerende mikroskop med de relevante filtersæt.Integration af den menneskelige tarmbarriere og en leverækvivalent i et mikrofluidisk udstyr med to organchipr gør det muligt at vurdere de farmakokkiniske og toksikologiske egenskaber ved behandlinger af interesse. Efter behandlingen kan medieprøverne analyseres af HPLC. Organoiderne kan analyseres for deres genekspression, trans-epitel elektrisk resistens værdier, og protein udtryk og aktivitet, samt for deres morfologiske egenskaber.MTT-analyse kan udføres for at vurdere organoid levedygtighed, samt at opdage meget tidlige giftige hændelser som reaktion på acetaminophen behandling. Mediestrømmen påvirker ikke signifikant absorptionen af acetaminophen, mens det forbedrer leverækvivalentfunktionaliteten betydeligt, hvilket indikerer, at human absorption af acetaminophen og levermetabolisme kan emuleres i dette mikrofysiologiske system. Mikrofysiologiske systemer har potentiale til at erstatte dyremodeller i udvikling af lægemidler og opdagelse, da de bedre efterligner menneskets fysiologi og kan bruges til at fremme udviklingen af lægemidler ved højere hastighed og lavere omkostninger til risiko og kompleksitet.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Pharmacology

Chemistry

Unit 1

Pharmacokinetics

SCIENTISTS IN ACTION

Preparation and Characterization of SDF-1&#945;-Chitosan-Dextran Sulfate Nanoparticles

Preparation and Characterization of SDF-1ÃƒÅ½Ã‚Â±-Chitosan-Dextran Sulfate Nanoparticles

Fremstilling og karakterisering af SDF-1α-Chitosan-dextransulfat Nanopartikler

Chitosan (CS) and dextran sulfate (DS) are charged polysaccharides (glycans), which form polyelectrolyte complex-based nanoparticles when mixed under ...

Preparation and Characterization of Individual and Multi-drug Loaded Physically Entrapped Polymeric Micelles

Forberedelse og karakterisering af individuelle og Multi-drug Loaded Fysisk indesluttet polymermiceller

Amphiphilic block copolymers like polyethyleneglycol-block-polylactic acid (PEG-b-PLA) can self-assemble into micelles above their critical micellar ...

Protocol for the Synthesis of Ortho-trifluoromethoxylated Aniline Derivatives

Protocol for the Synthesis of Ortho-trifluoromethoxylated Aniline Derivatives

Protokol til syntese af<em&gt; Ortho</em&gt; -trifluoromethoxylated anilinderivater

Molecules bearing trifluoromethoxy (OCF3) group often show desired pharmacological and biological properties. However, facile synthesis of ...

PTR-ToF-MS Coupled with an Automated Sampling System and Tailored Data Analysis for Food Studies: Bioprocess Monitoring, Screening and Nose-space Analysis

PTR-ToF-MS kombineret med et automatiseret prøveudtagningssystem og skræddersyet dataanalyse til fødevarestudier: Bioprocess Monitoring, Screening og Nose-Space Analysis

Proton Transfer Reaction (PTR), combined with a Time-of-Flight (ToF) Mass Spectrometer (MS) is an analytical approach based on chemical ionization that ...

An Aptamer-based Sensor for Unchelated Gadolinium(III)

An Aptamer-based Sensor for Unchelated GadoliniumIII

En aptamer-baserede sensor til ucheleret Gadolinium (III)

A method for determining the presence of unchelated trivalent gadolinium ion (Gd3+) in aqueous solution is demonstrated. Gd3+ is often present in samples ...

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Real-time ånde analyse ved hjælp af sekundære Nanoelectrospray ionisering koblet til høj opløsning massespektrometri

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

An Engineered Split-TET2 Enzyme for Chemical-inducible DNA Hydroxymethylation and Epigenetic Remodeling

En manipuleret Split-TET2 enzym til kemikalie-inducerbar DNA Hydroxymethylation og epigenetiske Remodeling

DNA methylation is a stable and heritable epigenetic modification in the mammalian genome and is involved in regulating gene expression to control ...

Generation of Electronic Cigarette Aerosol by a Third-Generation Machine-Vaping Device: Application to Toxicological Studies

Generation af elektroniske cigaret aerosoler af en tredje Generation maskine-Vaping enhed: ansøgning til toksikologiske undersøgelser

Electronic-cigarette (e-cig) devices use heat to produce an inhalable aerosol from a liquid (e-liquid) composed mainly of humectants, nicotine, and ...

High-throughput and Comprehensive Drug Surveillance Using Multisegment Injection-Capillary Electrophoresis-Mass Spectrometry

Høj overførselshastighed og omfattende stof overvågning ved hjælp af Multisegment injektion-kapillær elektroforese massespektrometri

New analytical methods are urgently needed to enable high-throughput, yet comprehensive drug screening, given an alarming opioid and prescription drug ...

An Electrochemical Cholesteric Liquid Crystalline Device for Quick and Low-Voltage Color Modulation

En elektrokemisk Cholesteric flydende krystallinske enhed for hurtig og simpel-spænding farve graduering

We demonstrate a method for fabricating a prototype reflective display device that contains cholesteric liquid crystal (LC) as an active component. The ...