Uusi laite ihmisen suolen monimutkaisen mikrobiomiympäristön mallintamiseen

Mielestämme oli todella tärkeää antaa yhteisöön työkalu, jota voitaisiin käyttää tässä ääritapauksessa. Osoitimme, että voit kasvattaa näitä erittäin vaativia organismeja, ja pystyimme tutkimaan niiden vaikutuksia ihmisen paksusuoleen. "

Linda Griffith, Tekniikan korkeakoulu Opetusinnovaatioiden professori MIT:n biologisen tekniikan laitoksella

Käyttämällä tätä järjestelmää, tutkijat osoittivat, että he voisivat kasvattaa bakteerikantaa nimeltä Faecalibacterium prausnitzii, joka elää ihmisen suolistossa ja suojaa tulehduksilta. He osoittivat myös, että nämä bakteerit, jotka usein vähenevät Crohnin tautia sairastavilla potilailla, näyttävät käyttävän monia suojaavia vaikutuksiaan vapauttamalla butyraatti -nimistä rasvahappoa.

Griffith ja David Trumper, MIT:n konetekniikan professori, ovat tutkimuksen vanhempia kirjoittajia, joka ilmestyy tänään lehdessä Med . MIT-tutkijatohtorit Jianbo Zhang ja Yu-Ja Huang ovat paperin pääkirjailijoita.

Hapen herkkyys

Ihmisen suolen monimutkaista mikrobiomiympäristöä on vaikea mallintaa käyttämällä eläimiä, kuten hiiriä, osittain siksi, että hiiret syövät hyvin erilaista ruokavaliota kuin ihmiset, Griffith sanoo.

"Olemme oppineet valtavasti hiiriltä ja muilta eläinmalleilta, mutta eroja on paljon, varsinkin kun kyse on suoliston mikrobiomista, " hän sanoo.

Suurin osa ihmisen suolistossa elävistä bakteereista on anaerobisia, eli ne eivät tarvitse happea selviytyäkseen. Jotkut näistä bakteereista sietävät alhaisia ​​happipitoisuuksia, kun muut, kuten F. prausnitzii , ei kestä hengille altistumista, mikä vaikeuttaa niiden tutkimista laboratoriossa. Jotkut tutkijat ovat suunnitelleet laitteita, joissa he voivat kasvattaa ihmisen paksusuolen soluja yhdessä bakteerien kanssa, jotka sietävät alhaista happea, mutta nämä eivät toimi hyvin F. prausnitzii ja muita voimakkaasti happea sietämättömiä mikrobeja.

Tämän voittamiseksi, MIT -tiimi suunnitteli laitteen, jonka avulla he voivat hallita tarkasti happitasoja kussakin järjestelmän osassa. Heidän laitteessaan on kanava, joka on päällystetty soluilla paksusuolen ihmisen limakalvoesteestä. Näiden solujen alapuolella ravinteita pumpataan sisään, jotta solut pysyvät hengissä. Tämä pohjakerros on happipitoinen, mutta hapen pitoisuus laskee kohti limakalvon solukerroksen yläosaa, samalla tavalla kuin mitä tapahtuu ihmisen paksusuolen sisällä.

Aivan kuten he tekevät ihmisen paksusuolessa, kanavan estokennot erittävät tiheän limakerroksen. MIT -tiimi osoitti sen F. prausnitzii voi muodostaa solupilviä tämän liman ulkokerrokseen ja selviytyä siellä jopa neljä päivää, ympäristössä, jonka sen läpi virtaava neste pitää hapettomana. Tämä neste sisältää myös ravintoaineita mikrobeille.

Käyttämällä tätä järjestelmää, tutkijat pystyivät osoittamaan sen F. prausnitzii vaikuttaa tulehdukseen liittyviin solureitteihin. He havaitsivat, että bakteerit tuottavat lyhytketjuista rasvahappoa, jota kutsutaan butyraatiksi, jonka on aiemmin osoitettu vähentävän tulehdusta. Kun butyraattitasot nousivat, limakalvosolut osoittivat NF kappa B -nimisen reitin aktiivisuuden vähenemistä. Tämä väheneminen rauhoittaa tulehdusta.

"Yleensä ottaen, tätä polkua on lyhennetty, joka on todella samanlainen kuin mitä ihmiset ovat nähneet ihmisissä, "Zhang sanoo." Näyttää siltä, ​​että bakteerit herkistävät nisäkässoluja, jotta ne eivät ylireagoi ulkoympäristön vaaroihin, joten bakteerit rauhoittavat tulehdustilaa. "

Crohnin tautia sairastavilla potilailla on usein alentunut F. prausnitzii , ja näiden bakteerien puutteen oletetaan edistävän näiden potilaiden yliaktiivista tulehdusta.

Kun tutkijat lisäsivät butyraatin järjestelmään, ilman bakteereja, se ei tuottanut kaikkia vaikutuksia, jotka he näkivät, kun bakteerit olivat läsnä. Tämä viittaa siihen, että jotkut bakteerien vaikutuksista voivat vaikuttaa muihin mekanismeihin, joita tutkijat toivovat voivansa tutkia tarkemmin.

Mikrobit ja sairaudet

Tutkijat aikovat myös käyttää järjestelmäänsä tutkiakseen, mitä tapahtuu, kun he lisäävät muita bakteerilajeja, joiden uskotaan vaikuttavan Crohnin tautiin, yrittää tutkia tarkemmin kunkin lajin vaikutuksia.

He suunnittelevat myös tutkimusta, yhteistyössä Alessio Fasanon kanssa, Massachusetts General Hospitalin lasten gastroenterologian ja ravitsemuksen osastopäällikkö, kasvattaa limakalvokudosta potilailta, joilla on keliakia ja muita ruoansulatuskanavan häiriöitä. Tätä kudosta voitaisiin sitten käyttää tutkimaan mikrobien aiheuttamaa tulehdusta soluissa, joilla on erilainen geneettinen tausta.

"Toivomme saavamme uusia tietoja, jotka osoittavat, kuinka mikrobit ja tulehdus toimivat isännän geneettisen taustan kanssa, nähdä, voisiko olla ihmisiä, joilla on geneettinen alttius mikrobeille häiritä limakalvon estoa hieman enemmän kuin muut ihmiset, "Griffith sanoo.

Hän toivoo myös käyttävänsä laitetta muun tyyppisten limakalvojen tutkimiseen, mukaan lukien naisten sukuelinten kuten kohdunkaula ja endometrium.

• Tutkimus löytää todisteita suolen dysbioosista Huntingtonsin tautia sairastavilla ihmisillä
• Tutkimuksessa tarkastellaan erityisiä mahasyövän riskejä etnisten populaatioiden keskuudessa