Suunniteltu hiiren Intestine Chip -alusta voi auttaa tutkimaan isännän ja mikrobiomin vuorovaikutusta

Biolääketieteellinen tutkimus riippuu vahvasti eläinmalleista, kuten hiiristä, joista on epäilemättä valtavia etuja, mutta eivät tarjoa mahdollisuutta tutkia normaaleja ja patologisia prosesseja tietyssä elimessä, kuten suolisto, lähikuvassa ja reaaliajassa. Tämä tärkeä todiste konseptista Dennis Kasperin ryhmän kanssa korostaa, että suunniteltu hiiren Intestine Chip -alusta tarjoaa juuri tämän ominaisuuden ja tarjoaa mahdollisuuden tutkia isäntä-mikrobiomien vuorovaikutusta eri lajien mikrobiomien kanssa erittäin hallittavissa olosuhteissa in vitro . "

Donald Ingber, M.D, Tohtori, Perustajajohtaja, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering Harvardissa

"Kun otetaan huomioon hiiren immunologian karakterisointi, tämä ominaisuus voisi suuresti edistää niiden tutkijoiden työtä, jotka käyttävät tällä hetkellä näitä eläimiä tutkimaan mikrobiomia ja isäntävasteita. Sen avulla he voivat vertailla saamiaan tuloksia suoraan ihmisen suolistosiruihin tulevaisuudessa, jotta voidaan keskittyä yksilöimään isäntävasteen piirteet, jotka ovat ihmiselle tärkeimpiä. "Ingber on myös juutalainen kansanmies, verisuonibiologian professori HMS:ssä ja Bostonin lastensairaala, ja biotekniikan professori Harvardin John A. Paulsonin teknillisen ja ammattikorkeakoulun koulussa.

Hiiren Intestine-on-Chip-alustan suunnittelu

Uudessa tutkimuksessaan ryhmä keskittyi hiiren suolistoon. "On perinteisesti ollut äärimmäisen vaikeaa mallintaa isäntä-mikrobiomi-vuorovaikutusta minkä tahansa organismin ulkopuolella, koska monet bakteerit ovat ehdottomasti anaerobisia ja kuolevat normaaleissa ilmakehän happiolosuhteissa. Organ Chip -tekniikka voi luoda nämä olosuhteet uudelleen, ja on paljon helpompaa saada hiiriltä primaarisia suoliston ja immuunisoluja kuin ihmisten biopsioihin, "sanoi ensimmäinen kirjailija Francesca Gazzaniga, Ph.D., tutkijatohtori, joka työskentelee Ingberin ja Kasperin ryhmien välillä ja johtaa projektia.

Gazzaniga ja hänen kollegansa eristivät suoliston kryptoja hiiren suoliston eri alueilta, mukaan lukien pohjukaissuoli, tyhjäsuolen, ileum, ja kaksoispiste, otti solunsa läpi "organoidisen" välivaiheen viljelmässä, jossa pieniä kudosfragmentteja muodostuu ja kasvaa, jonka he sitten kylvivät yhteen kahdesta rinnakkaisesta mikrofluidisesti perfusoidusta kanavasta Wyssin elinlaskeissa luodakseen aluekohtaisia ​​suolistosiruja.

Toinen itsenäisesti perfusoitunut kanava jäljittelee verisuonia, ja se on erotettu ensimmäisestä huokoisella kalvolla, joka mahdollistaa ravinteiden vaihdon, metaboliitit, ja eritetyt molekyylit, joita suoliston epiteelisolut käyttävät kommunikoidakseen verisuoni- ja immuunisolujen kanssa.

Kotiutuminen taudinaiheuttajaan

Sitten ryhmä hioi S. typhimuriumia patogeeniksi. Ensimmäinen, he toivat taudinaiheuttajan hiiren paksusuolen sirun epiteelin onteloon ja toivat yhteen hiiren tutkimuksista tunnetut keskeiset piirteet, jotka liittyvät suoliston kudoksen eheyden hajoamiseen, mukaan lukien normaalisti tiiviiden adheesioiden katkeaminen vierekkäisten epiteelisolujen välillä, vähentynyt liman tuotanto, tulehduksellisen kemokiinin (ihmisen IL-8-hiiren homologin) erityksen piikki, ja muutokset epiteelin geenin ilmentymisessä. Rinnakkain, ne osoittivat, että hiiren Colon Chip tuki monimutkaisten bakteerikonsortioiden kasvua ja elinkelpoisuutta normaalisti hiiren ja ihmisen suoliston mikrobiomeissa.

Yhdistämällä nämä kyvyt yhteen, tutkijat vertasivat tiettyjen hiiren ja ihmisen mikrobikonsortioiden vaikutuksia, joita Kasper-tiimi oli aiemmin pitänyt stabiilisti "gnotobioottisten" hiirien suolistossa. Keräämällä monimutkaisia ​​mikrobiomeja näiden hiirien ulosteesta, ja sitten rokotetaan ne paksusuolenpalasiin, tutkijat havaitsivat sirujen välistä vaihtelua konsortion koostumuksessa, jonka avulla he voivat yhdistää mikrobikoostumuksen toiminnallisiin vaikutuksiin isännän epiteelissä.

"16s -sekvensoinnin käyttäminen antoi meille hyvän käsityksen kahden konsortion mikrobikoostumuksista, ja suuri määrä yksittäistä lajia, Enterococcus faecium, vain yksi niistä Colon Chipissä, antoi suolistokudoksen sietää paremmin infektiota, "sanoi Gazzaniga." Tämä vahvisti hienosti aiemmat havainnot ja vahvisti lähestymistapamme uutena löytöalustana, jonka avulla voimme nyt tutkia näiden vaikutusten taustalla olevia mekanismeja sekä elintärkeiden immuunisolujen vaikutusta isäntätoleranssiin, samoin kuin tartuntataudit, joihin liittyy muita taudinaiheuttajia. "

"Hiirisuolisto sirutekniikalla tarjoaa ainutlaatuisen lähestymistavan suolen mikrobiston välisen suhteen ymmärtämiseksi, isännän immuniteetti, ja mikrobipatogeeni. Tätä tärkeää keskinäistä suhdetta on haastava tutkia elävässä eläimessä, koska hallitsemattomia tekijöitä on niin paljon.

Tämän järjestelmän kauneus on, että olennaisesti kaikki parametrit, joita haluat tutkia, ovat hallittavissa ja niitä voidaan helposti seurata. Tämä järjestelmä on erittäin hyödyllinen askel eteenpäin, "sanoi Kasper, joka on William Ellery Channingin lääketieteen professori ja immunologian professori HMS:ssä.

Tutkijat uskovat, että niiden vertaileva in vitro -lähestymistapa voisi paljastaa spesifisen ristikeskustelun patogeenien ja kommensalibakteerien välillä suoliston epiteelin ja immuunisolujen kanssa, ja että tunnistettuja suvaitsevaisuutta parantavia bakteereja voitaisiin käyttää tulevissa hoidoissa, joka voi kiertää ongelman, mikä lisää patogeenisten bakteerikantojen mikrobilääkeresistenssiä.

• Mikrobiota-modulaatio ja eubioosin palauttaminen voi auttaa hillitsemään COVID-19-komplikaatioita
• Satunnaisilla solumuutoksilla on tärkeä rooli pitkäikäisyydessä genetiikan ja ympäristön ulkopuolella