Konstruirana mišja platforma Intestine Chip može pomoći u proučavanju interakcija domaćin-mikrobiom

Biomedicinska istraživanja jako ovise o životinjskim modelima poput miševa, koji nesumnjivo imaju ogromne prednosti, ali ne pružaju priliku za proučavanje normalnih i patoloških procesa unutar određenog organa, poput crijeva, izbliza i u stvarnom vremenu. Ova važna studija o dokazima koncepta s grupom Dennisa Kaspera naglašava da naša inženjerska platforma za crijevni čip miša nudi upravo tu mogućnost i pruža mogućnost proučavanja interakcija domaćin-mikrobiom s mikrobiomima iz različitih vrsta pod visoko kontroliranim uvjetima in vitro . "

Donald Ingber, DOKTOR MEDICINE, Dr. Sc., Direktor osnivač, Wyssov institut za biološki nadahnuto inženjerstvo na Harvardu

"S obzirom na duboku razinu karakterizacije mišje imunologije, ta bi sposobnost mogla uvelike pomoći u unaprjeđenju rada istraživača koji trenutno koriste ove životinje za istraživanje mikrobioma i odgovora domaćina. Omogućuje im da u budućnosti uspoređuju svoje rezultate koje dobivaju izravno s ljudskim crijevnim čipovima, tako da se fokus može usmjeriti na identificiranje značajki odgovora domaćina koje su najrelevantnije za ljude. "Ingber je također profesor Judah Folkmana za vaskularnu biologiju na HMS -u i Bostonska dječja bolnica, i profesor bioinženjeringa na Harvardskoj školi inženjerskih i primijenjenih znanosti John A. Paulson.

Inženjering mišje Intestine-on-Chip platforme

U svom novom istraživanju, tim se usredotočio na crijevni trakt miša. "Tradicionalno je bilo iznimno teško modelirati interakcije domaćina i mikrobioma izvan bilo kojeg organizma jer su mnoge bakterije strogo anaerobne i umiru u normalnim atmosferskim uvjetima kisika. Tehnologija čipova organa može ponovno stvoriti te uvjete, i mnogo je lakše dobiti primarne crijevne i imunološke stanice od miševa nego se oslanjati na ljudske biopsije, "rekla je prva autorica Francesca Gazzaniga, Dr. Sc., postdoktorand koji radi između Ingberove i Kasperove grupe i vodi projekt.

Gazzaniga i njeni kolege izolirali su crijevne kripte iz različitih regija crijevnog trakta miša, uključujući duodenum, jejunum, ileum, i debelo crijevo, proveli su svoje stanice kroz posredni "organoidni" korak u kulturi u kojem se stvaraju i rastu mali fragmenti tkiva, koje su zatim posijali u jedan od dva paralelna mikrofluidno prokrvljena kanala Wyssovih Organskih čipova kako bi stvorili želučane crijeve specifične za regiju.

Drugi nezavisno prokrvljeni kanal oponaša krvožilni sustav, i odvojena je od prve poroznom membranom koja omogućuje razmjenu hranjivih tvari, metaboliti, i izlučene molekule koje crijevne epitelne stanice koriste za komunikaciju sa vaskularnim i imunološkim stanicama.

Pronalaženje patogena

Tim je zatim upotrijebio S. typhimurium kao patogen. Prvi, uveli su patogen u epitelni lumen konstruiranog miša Colon Chip i rekapitulirali ključne značajke povezane s razgradnjom integriteta crijevnog tkiva poznate iz studija na miševima, uključujući prekid normalno čvrstog prianjanja između susjednih epitelnih stanica, smanjena proizvodnja sluzi, skok izlučivanja ključnog upalnog kemokina (mišji homolog humanog IL-8), i promjene u ekspresiji epitelnih gena. Paralelno, pokazali su da mišji Colon Chip podržava rast i održivost složenih bakterijskih konzorcija koji su normalno prisutni u mikrobiomima miša i ljudskog crijeva.

Spajajući ove sposobnosti, istraživači su uspoređivali učinke specifičnih miševskih i ljudskih mikrobnih konzorcija koji su se prethodno stabilno održavali u crijevima miševa 'gnotobiotika' koje je Kasper tim smjestio u uvjetima bez klica. Prikupljanjem složenih mikrobioma iz stolice tih miševa, a zatim ih inokulirati u čips od debelog crijeva, istraživači su uočili varijabilnost sastava konzorcija od čipa do čipa, što im je omogućilo da povežu sastav mikroba s funkcionalnim učincima na epitel domaćina.

"Korištenje 16s sekvenciranja dalo nam je dobar osjećaj za mikrobne sastave dvaju konzorcija, i veliki broj jedne pojedinačne vrste, Enterococcus faecium, generira samo jedan od njih u čipu debelog crijeva, omogućilo crijevnom tkivu da bolje podnosi infekciju, "rekao je Gazzaniga." Ovo je lijepo potvrdilo prošle nalaze i potvrdilo naš pristup kao novu platformu za otkrivanje koju sada možemo koristiti za istraživanje mehanizama koji su u osnovi ovih učinaka, kao i doprinosa vitalnih doprinosa imunoloških stanica toleranciji domaćina, kao i zarazni procesi koji uključuju druge patogene. "

"Crijevo miša na čips tehnologiji pruža jedinstven pristup za razumijevanje odnosa između crijevne mikrobiote, imunitet domaćina, i mikrobni patogen. Ovaj važan međusobni odnos izazov je proučiti na živoj životinji jer postoji toliko mnogo nekontroliranih čimbenika.

Ljepota ovog sustava je u tome što se u biti svi parametri koje želite proučavati mogu kontrolirati i lako se mogu nadzirati. Ovaj sustav je vrlo koristan korak naprijed, "rekao je Kasper, koji je profesor medicine William Ellery Channing i profesor imunologije na HMS -u.

Znanstvenici vjeruju da bi njihov usporedni in vitro pristup mogao otkriti specifične unakrsne razgovore između patogena i komenzalnih bakterija s crijevnim epitelom i imunološkim stanicama, i da bi se identificirane bakterije koje povećavaju toleranciju mogle koristiti u budućim terapijama, što može zaobići problem povećavajući antimikrobnu rezistenciju patogenih sojeva bakterija.

• Modulacija mikrobiote i ponovno uspostavljanje eubioze mogli bi pomoći u suzbijanju komplikacija COVID-19
• Slučajne stanične promjene igraju vitalnu ulogu u dugovječnosti izvan genetike i okoliša