Abstract The inhibition of tumor necrosis factor-α (TNFα) trimer formation renders it inactive for binding to its receptors thus mitigating the vicious cycle of inflammation. We designed a peptide (PIYLGGVFQ) that simulates a sequence strand of human TNFα monomer using a series of in silico methods, such as active site finding (Acsite), protein-protein interaction (PPI), docking studies (GOLD and Modeller) followed by molecular dynamics (MD) simulation studies. The MD studies confirmed the intermolecular interaction of the peptide with the TNFα. Fluorescence-activated cell sorting (FACS) and fluorescence microscopy revealed that the peptide effectively inhibited the binding of TNF to the cell surface receptors. The cell culture assays showed that the peptide significantly inhibited the TNFα-mediated cell death. In addition, the nuclear translocation of the nuclear factor kappa B (NFκB) was significantly suppressed in the peptide-treated A549 cells as observed in immunofluorescence and gel mobility-shift assays. Furthermore, peptide protected against joint damage in collagen-induced arthritis (CIA) mouse model as revealed in the microfocal-CT scans. In conclusion, this TNFα antagonist would be useful for the prevention and repair of inflammatory bone destruction and subsequent loss in the mouse model of CIA as well as human rheumatoid arthritis (RA) patients. This calls upon further clinical investigation to utilize its potential effect as an anti-arthritic drug.

Organoids are small, self-organizing three-dimensional cell cultures that are derived from stem cells or primary organs. These cultures replicate the complexity of an organ, which cannot be achieved by single-cell culture systems. Organoids can be used in testing of new drugs instead of animals. Development and validation of organoids is thus important to reduce the reliance on animals for drug testing. In this review, we have discussed the developmental and regulatory aspects of organoids and highlighted their importance in drug development. We have first summarized different types of culture-based organoid systems such as submerged Matrigel, micro-fluidic 3D cultures, inducible pluripotent stem cells, and air-liquid interface cultures. These systems help us understand the intricate interplay between cells and their surrounding milieu for identifying functions of target receptors, soluble factors, and spatial interactions. Further, we have discussed the advances in humanized severe-combined immunodeficiency mouse models and their applications in the pharmacology of immune-oncology. Since regulatory aspects are important in using organoids for drug development, we have summarized FDA and EMA regulations on organoid research to support pre-clinical studies. Finally, we have included some unique studies highlighting the use of organoids in studying infectious diseases, cancer, and fundamental biology. These studies also exemplify the latest technological advances in organoid development resulting in improved efficiency. Overall, this review comprehensively summarizes the applications of organoids in early drug development during discovery and pre-clinical studies.

Abstract The inhibition of tumor necrosis factor (TNF)-α trimer formation renders it inactive for binding to its receptors, thus mitigating the vicious cycle of inflammation. We designed a peptide (PIYLGGVFQ) that simulates a sequence strand of human TNFα monomer using a series of in silico methods, such as active site finding (Acsite), protein–protein interaction (PPI), docking studies (GOLD and Flex-X) followed by molecular dynamics (MD) simulation studies. The MD studies confirmed the intermolecular interaction of the peptide with the TNFα. Fluorescence-activated cell sorting and fluorescence microscopy revealed that the peptide effectively inhibited the binding of TNF to the cell surface receptors. The cell culture assays showed that the peptide significantly inhibited the TNFα-mediated cell death. In addition, the nuclear translocation of the nuclear factor kappa B (NFκB) was significantly suppressed in the peptide-treated A549 cells, as observed in immunofluorescence and gel mobility-shift assays. Furthermore, the peptide protected against joint damage in the collagen-induced arthritis (CIA) mouse model, as revealed in the micro focal-CT scans. In conclusion, this TNFα antagonist would be helpful for the prevention and repair of inflammatory bone destruction and subsequent loss in the mouse model of CIA as well as human rheumatoid arthritis (RA) patients. This calls upon further clinical investigation to utilize its potential effect as an antiarthritic drug.