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

Мы благодарим д-ра Кристи Гуген-Гийозо, д-ра Филиппа Грипона в подразделении 522 INSERM и доктора Кристиана Трепо в подразделении 271 INSERM за использование биологического материала (клетки Hepa RG) и за то, что он был доступен для нас для проведения научных исследований.

1. Производство тканевых эквивалентов для выращивания в 2-OC
<ol><li>Производство эквивалента тонкого кишечника<ol>
<li>Поддерживайте клетки Caco-2 и HT-29 с использованием эквивалентной кишечника среды: DMEM дополнен 10% FBS, 1% пенициллина и стрептомицина, и 1% несущественных аминокислот, который назыв...

<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>

Точная и надежная оценка фармакологических свойств новых препаратов имеет решающее значение для снижения риска на следующих этапах развития. MPS является относительно новой технологией, которая направлена на улучшение прогностической мощности и сокращение затрат и времени, затраченн...

Из-за геномных и протеомных различий модели животных имеют ограниченную прогностический значение для нескольких исходов человека. Кроме того, они относят много времени, дорогие и этическисомнительные 1. MPS является относительно новой технологией, которая направлена на улучшение прогностический мощности и сократить расходы и время, проведенное с доклинических испытаний. Это микрофлюидные устройства, культивирующие органоиды (искусственные миметические функциональные единицы органов) под потоком мультимедиа, который способствует органоидно-органоидной коммуникации. Органоиды из клеток человека увеличивают транстулятнуюактуальность 2,3,4. MPS, как ожидается, будет работать лучше, чем тесты на животных, потому что они генетически человека и повторить взаимодействие между тканями. При полной функциональности, MPS обеспечит более значимые результаты, на более высокой скорости и более низкие затраты ириски 4. Многие группы разрабатывают MPS для нескольких целей, особенно модели заболеваний для проверки эффективности препарата.
Уровень воздействия является одним из наиболее важных параметров для оценки эффективностии токсичности препарата 5,6,7,8,9,10,11,12. MPS позволяет органоидной интеграции, которая эмулирует системное воздействие и, как ожидается, будет работать лучше, чем традиционные 2D культуры тканей человека. Эта технология может значительно улучшить прогнозирование поглощения соединения кишечника и метаболизма печени4.
MPS интеграции человеческой эквивалентной модели кишечника и печени является хорошей отправной точкой, учитывая центральную роль этих двух органов в биодоступности наркотикови системного воздействия 13,14,15. APAP является привлекательным препаратом для изучения MPS без эквивалента почек, потому что его метаболизация делается восновном печенью 16,17.
2-OC представляет собой двухкамерное микрофлюидное устройство, подходящее для культуры двух различных человеческих эквивалентных тканей/органоидов, взаимосвязанных микроканалами16. Для того, чтобы подражать in vitro человека устные / внутривенное введение препарата и оценить влияние перекрестного разговора между кишечником и печенью эквиваленты на APAP фармакокинетики, помимо функциональности и жизнеспособности органоидов, были выполнены три различных сборки MPS: (1) "Intestine 2-OC MPS", состоящий из эквивалента кишечника, основанного на культурной вставке, содержащей кокультуру клеток Caco-2 и HT-29, интегрированную в устройство 2-OC; (2) "Liver 2-OC MPS", состоящий из сфероидов печени, сделанных из HepaRG и HHSteC (Человеческие печеночные клетки Stellate), интегрированные в устройство 2-OC; и (3) "Intestine/Liver 2-OC MPS", состоящий из эквивалента кишечника в одном отсеке устройства, общаясь с эквивалентом печени в другом потоком средств массовой информации через микрофлюидные каналы.
Все анализы проводились в статических (без потока) и динамических (с потоком) условиях из-за воздействия механических стимулов (сжатие, растяжение и стрижка) на жизнеспособность клеткии функциональные возможности 18,19,20. В настоящей статье описывается протокол для APAP устной / внутривенной эмуляции введения и соответствующих абсорбции / метаболизма и токсикологических анализов в 2-OC MPS, содержащих кишечника человека и печени эквивалентных моделей.

<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

Недавно введенные микрофизиологические системы (MPS), культивирующие человеческие органоиды, как ожидается, будут работать лучше, чем животные, на доклинологической фазе испытаний процесса разработки наркотиков, поскольку они генетически являются человеческими и подыгрывать взаимодействию между тканями. В этом исследовании, кишечный барьер человека (эмулируется совместно культуры Caco-2 и HT-29 клеток) и печени эквивалент (эмулируется сфероидов из дифференцированных клеток гепаРГ и человеческих печеночной стеллат клетки) были интегрированы в двухорганический чип (2-OC) микрофлюидное устройство для оценки некоторых ацетаминофен (APAP) фармакокинетических (APAP) MPS было три сборки: кишечник только 2-OC, печень только 2-OC, и кишечник / liver 2-OC с теми же средствами, perfusing обоих органоидов. Для оценок ПК, мы dosed APAP в средствах массовой информации на заданных времени после введения его либо над кишечным барьером (эмуляция устного маршрута) или в средствах массовой информации (эмуляция внутривенного маршрута), на 12 МКМ и 2 МКМ соответственно. Образцы средств массовой информации были проанализированы с помощью жидкой хроматографии высокого давления (HPLC). Органоиды анализировались на экспрессию генов, значения TEER, экспрессию и активность белка, а затем собирали, чинить и подались на набор морфологических оценок. Техника MTT хорошо справились с оценкой жизнеспособности органоидов, но анализы высокого содержания (HCA) смогли обнаружить очень ранние токсичные события в ответ на лечение APAP. Мы проверили, что поток мультимедиа не влияет на поглощение APAP, в то время как он значительно улучшает функциональность эквивалента печени. APAP поглощения кишечника человека и печеночным метаболизмом может быть подражания в MPS. Связь между данными MPS и силико-моделированием имеет большой потенциал для повышения предсказуемости методов in vitro и обеспечения лучшей точности, чем модели животных в фармакокинетических и токсикологических исследованиях.

Для выполнения испытаний PK APAP в 2-OC MPS, первым шагом является производство кишечника человека и печени эквиваленты (органоиды). Они интегрированы в 2-OC микрофлюидное устройство(рисунок 1A) 24 ч до начала анализа PK APAP. На следующий день среда изменена, и модель подвергается APAP....

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

Мы подвергли воздействию микрофизиологическую систему (MPS) с органоидами кишечника и печени на ацетаминофен (APAP). В данной статье описаны методы производства органоидов и оценки фармакокинетической и токсикологической собственности АПАП в MPS. В нем также описаны анализы функциональности тканей, необходимые для проверки результатов.

Микрофизиологическая система кишечника/печени для фармакокинетической и токсикологической оценки лекарственных препаратов

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

Микрофизиологические системы имеют способность эмулировать фармакокинетическую и токсикологическую реакцию организма человека на конкретные методы лечения интересов. Микрофизиологические системы могут заменить тесты на животных, поскольку их использование может улучшить прогностическую мощность методов in vitro и снизить стоимость и время фармакокинетических и токсикологических исследований. За 24 часа до введения испытательного вещества, разделить 800 микролитера aliquot Уильяма ES среды между большими и меньшими отсеками двух чип органов, и аспирировать базолатеральной и апиальной среды от каждого кишечного барьера эквивалент в подготовленных 24 пластины хорошо.Используя стерильные типсы, интегрируйте одну вставку на две цепи чипа органа в более большой отсек и добавьте 200 микролитров DMEMS в апиальную сторону. Используя широкие наконечники скважины, интегрируйте 20 эквивалентов печени на цепь в меньший отсек двух чипов органов и подключите систему к блоку управления. Затем подключите блок управления к под давлением подачи воздуха и установить давление примерно плюс-минус 300 баров и частоты перекачки 0,3 Герц.На следующий день разбавить бульон ацетаминофен раствор 12 микромоляных концентрации. Чтобы заменить среду в системе, аспирировать базолатеральные и апические средства массовой информации из эквивалента кишечного барьера в двух органных чипов и добавить 500 микролитров свежей соответствующей среде культуры в большой отсек на органоидной базолатеральной стороне и 300 микролитров в небольшой отсек. После проверки на пузырьки, эмулировать устное введение с добавлением 200 микролитров 12 микромоляных ацетаминофен решение на апической стороне кишечной культуры вставки и подключить микрофизиологическую систему к блоку управления.Соберите общий объем как с кишечной апиальной, так и с базолатеральной сторон, а также из небольшого отсека в тройном в указанные моменты времени. Когда все образцы будут собраны, установите все соответствующие параметры для анализа HPLC, как указано в таблице, и отфильтруй мобильный этап через мембранный фильтр 0,4 микрона в вакууме. Затем отфильтруйте образцы через фильтр для шприца PVDF размером 0,22 микрона и храните образцы во флаконе перед началом УФ-измерения HPLC.Чтобы оценить жизнеспособность органоидов, перенесите все 20 сфероидов из каждой репликации в отдельные скважины пластины из 96 скважин и перенесите вставки клеточной культуры в отдельные скважины пластины из 24 скважин. Вымойте эквиваленты тканей три раза со свежим DPBS за стирку и добавьте 300 микролитров по миллиграмму на миллилитр MTT раствор для каждой экспериментальной хорошо. После трехчасовой инкубации в инкубаторе клеточной культуры замените раствор МТТ на 200 микролитров изопропанола на колодец для ночной инкубации при четырех градусах Цельсия для извлечения МТТ-formazan из кишечника и эквивалентов печени.На следующее утро перенесите 200 микролитров каждого супернатанта в соответствующий колодец в пластине 96 хорошо и прочитайте formazan на считыватель пластины на 570 нанометров, чтобы позволить расчет относительной способности клеток уменьшить МТТ, используя среднюю оптическую плотность каждой точки времени по сравнению с отрицательным контролем. Для цитохимического и гистологического анализа образцов, сначала исправить кишечника и печени эквиваленты в 4%paraformaldehyde в 0,1 моляра PBS в течение 25 минут при комнатной температуре. В конце инкубации, мыть органоиды пять раз в PBS в течение 10 минут за стирку, прежде чем окрашивание кишечных и печеночной эквивалентов с тетраметилродамина изотиоцианата фаллоидин Alexa Fluor 647 фаллоидин в течение одного часа при комнатной температуре.В конце инкубации перенесите образцы в замораживание среды в течение нескольких минут, прежде чем оснастки замораживания тканей в жидком азоте. Далее, используйте криостат, чтобы приобрести от 10 до 12 микрон толщиной печени сфероидных крио-секций и смонтировать секции тканей в монтажной среде с DAPI для визуализации с помощью конфокальная флуоресценция микроскопии. Для митохондриального и ядерного окрашивания, полностью покрыть образцы с митохондриальным раствором окрашивания для 15 до 45 минут инкубации при 37 градусах по Цельсию во влажной атмосфере с 5%carbon dioxide.В конце инкубации, тщательно заменить окрашивание раствор с 2 до 4%paraformaldehyde в PBS в течение 15 минут при комнатной температуре. После фиксации, осторожно промыть клетки два раза со свежим PBS в течение пяти минут за стирку перед маркировкой образцов с нуклеиновой кислоты окрашивания рабочего раствора в течение 10 минут при комнатной температуре. В конце инкубации, мыть образцы с тремя, пять минут моет в PBS защищены от света, и использовать нуклеин кислоты пятно для облегчения количественной оценки числа митохондриальных пятен, выражаюющих клетки на флуоресцентный микроскоп с соответствующими наборами фильтра.Интеграция кишечного барьера человека и эквивалента печени в микрофлюидное устройство с двумя органными чипами позволяет оценить фармакокинетические и токсикологические свойства лечения, представляющие интерес. После лечения образцы мультимедиа могут быть проанализированы HPLC. Органоиды могут быть проанализированы на их экспрессию генов, трансэпителиальные значения электрической резистентности, а также экспрессию и активность белка, а также на их морфологические характеристики.Анализ MTT может быть выполнен для оценки органоидной жизнеспособности, а также для обнаружения очень ранних токсичных событий в ответ на лечение ацетаминофеном. Поток средств массовой информации не влияет на поглощение ацетаминофена, в то время как он значительно улучшает функцию эквивалента печени, указывая, что поглощение ацетаминофена человека и печеночная метаболизм могут быть эмулированы в этой микрофизиологической системе. Микрофизиологические системы могут заменить модели животных в разработке и открытии лекарственных препаратов, поскольку они лучше имитируют физиологию человека и могут использоваться для содействия разработке лекарственных препаратов с более высокой скоростью и более низкими ценами на риск и сложность.

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

Подготовка и характеристика SDF-1α-хитозан-Декстрансульфат наночастиц

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

Подготовка и характеристика индивидуальных и множественной лекарственной Loaded Физически Захваченный Полимерные мицеллы

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

Протокол синтеза<em&gt; Орто</em&gt; -trifluoromethoxylated анилина

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 в сочетании с автоматизированной системой отбора проб и специализированным анализом данных для пищевых исследований: мониторинг биопроцессов, скрининг и анализ носового пространства

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

Аптамер на основе датчика для нехелатированной гадолиния (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

Анализ реального времени дыхание с помощью вторичных Nanoelectrospray ионизации в сочетании с масс-спектрометрии высокого разрешения

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

Фермент инженерии Сплит TET2 для химико индуцибельной ДНК Hydroxymethylation и эпигеномные Ремоделирование

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

Поколение электронных сигарет аэрозоля устройством машины Vaping третьего поколения: приложение токсикологические исследования

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

Высок объём и всеобъемлющей наркотиков наблюдения с помощью масс-спектрометрии многосегментные инъекций капиллярного электрофореза

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

Электрохимический Холестерические жидкий кристаллический устройство для цвет быстро и низкого напряжения модуляции

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