Real-time bioluminescent detection of circulating biomarkers

循环生物标志物的实时生物发光检测

基本信息

项目摘要

Project Summary / Abstract Organ-on-a-chip technology has recently presented new tools for studying cellular and micro-organ function within a 3D environment mimicking native organ structures. However, in these enclosed systems, it remains difficult to evaluate the health and function of live cells contained within these devices without retroactive fixation and antibody staining. Secreted protein biomarkers may provide an opportunity to non- invasively evaluate the health and function of these cells, although the tools to reliably sense these biomarkers in real-time have yet to be developed. We have recently applied an organ-on-a-chip approach to study the metabolic disorder diabetes. In healthy individuals, pancreatic islet structures secrete the small molecule insulin to negatively regulate blood glucose levels, a process that is disrupted in diabetic individuals resulting in elevated blood glucose levels. In order to study the mechanisms underlying defective islet function ex vivo, we have recently incorporated human pancreatic islets within a 3D, vascularized organ-on-a-chip platform which mimics the pancreas in vivo. To fully exploit this platform, a simple, reliable, and real-time method for sensing the secreted biomarker insulin is necessary to evaluate islet function within the chip. Here, we propose to design, develop, and validate a receptor-based, bioluminescent imaging approach to optimize the real-time detection of small protein biomarkers. Specifically, we will utilize split luciferase constructs coupled to the human insulin receptor and its substrate, IRS-1, to detect insulin binding, using light output as a read-out of insulin concentration. The sensitivity and specificity of these tools will be extensively validated in two developmental phases: static 2D culture; followed by application in a 3D, biomimetic pancreas-on-a-chip platform. While this proposal focuses on developing these tools for insulin detection, our approach has broad implications in the detection of other secreted biomarkers in both static culture and dynamic microfluidic platforms.
项目摘要 /摘要 Organ-A-A-Chip技术最近提出了研究细胞和微孔器的新工具 在模仿天然器官结构的3D环境中起作用。但是,在这些封闭的系统中, 在没有这些设备中包含的活细胞的健康和功能的情况下仍然难以评估这些设备的健康和功能 追溯固定和抗体染色。分泌的蛋白质生物标志物可能为非 - 尽管可以可靠地感知这些生物标志物的工具,但可以侵入地评估这些细胞的健康和功能 实时尚未开发。我们最近采用了一种器官芯片方法来研究 代谢疾病糖尿病。在健康个体中,胰岛结构分泌小分子 胰岛素对负调节血糖水平进行负调节,这一过程在糖尿病患者中被破坏,导致 血糖水平升高。为了研究有缺陷胰岛功能的机制,我们 最近已将人类胰岛融合在一个3D的血管化器官片平台中 模仿体内胰腺。为了充分利用此平台,一种简单,可靠和实时的传感方法 分泌的生物标志物胰岛素对于评估芯片中的胰岛功能是必要的。在这里,我们建议 设计,开发和验证一种基于受体的生物发光成像方法,以优化实时 检测小蛋白质生物标志物。具体而言,我们将利用分裂的荧光素酶构造与 人类胰岛素受体及其底物IRS-1,以光输出为读出胰岛素结合 胰岛素浓度。这些工具的敏感性和特异性将在两个中得到广泛验证 发展阶段:静态2D文化;然后在3D植物胰腺上施用 平台。尽管该建议着重于开发这些胰岛素检测工具,但我们的方法已经 在静态培养和动态中检测其他分泌生物标志物的广泛含义 微流体平台。

项目成果

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