Novi uređaj za modeliranje složenog mikrobiomskog okoliša ljudskog crijeva

Smatrali smo da je doista važno doprinijeti zajednici oruđem koje bi se moglo koristiti u ovom ekstremnom slučaju. Pokazali smo da možete uzgojiti ove vrlo zahtjevne organizme, i uspjeli smo proučiti učinke koje oni imaju na ljudsko crijevo. "

Linda Griffith, Tehnička škola Profesor predavanja inovacija na MIT -ovom odjelu za biološko inženjerstvo

Koristeći ovaj sustav, istraživači su pokazali da mogu uzgojiti soj bakterija nazvan Faecalibacterium prausnitzii, koja živi u ljudskim crijevima i štiti od upale. Također su pokazali da ove bakterije, koji su često smanjeni u bolesnika s Crohnovom bolešću, Čini se da ispoljavaju mnoge svoje zaštitne učinke oslobađanjem masne kiseline zvane butirat.

Griffith i David Trumper, profesor strojarstva na MIT -u, su stariji autori studije, koji se danas pojavljuje u časopisu Med . Postdoktoradi MIT-a Jianbo Zhang i Yu-Ja Huang vodeći su autori rada.

Osjetljivost na kisik

Složeno mikrobiomsko okruženje ljudskog crijeva teško je modelirati pomoću životinja poput miševa, dijelom zato što se miševi hrane vrlo različito od ljudi, Kaže Griffith.

"Mnogo smo naučili od miševa i drugih životinjskih modela, ali ima mnogo razlika, posebno kada je u pitanju crijevni mikrobiom, " ona kaže.

Većina bakterija koje žive u ljudskim crijevima su anaerobne, što znači da im za preživljavanje nije potreban kisik. Neke od ovih bakterija mogu podnijeti niske razine kisika, dok drugi, kao što su F. prausnitzii , ne može preživjeti izloženost kisiku, što otežava njihovo proučavanje u laboratoriju. Neki su istraživači dizajnirali uređaje u kojima mogu uzgajati ljudske stanice debelog crijeva zajedno s bakterijama koje podnose niske razine kisika, ali ovo ne funkcionira dobro za F. prausnitzii i drugi mikrobi koji ne podnose kisik.

Da bi se ovo prevladalo, tim MIT -a dizajnirao je uređaj koji im omogućuje preciznu kontrolu razine kisika u svakom dijelu sustava. Njihov uređaj sadrži kanal koji je obložen stanicama iz ljudske sluznice barijere debelog crijeva. Ispod ovih ćelija, hranjive tvari se upumpavaju kako bi stanice ostale žive. Ovaj donji sloj bogat je kisikom, ali se koncentracija kisika smanjuje prema vrhu staničnog sloja sluznice, slično onome što se događa u unutrašnjosti ljudskog debelog crijeva.

Baš kao što to rade u ljudskom crijevu, barijerne stanice u kanalu izlučuju gusti sloj sluzi. Tim MIT -a je to pokazao F. prausnitzii mogu stvoriti oblake stanica u vanjskom sloju ove sluzi i tamo preživjeti do četiri dana, u okruženju koje se održava bez kisika tekućinom koja teče preko njega. Ova tekućina također sadrži hranjive tvari za mikrobe.

Koristeći ovaj sustav, istraživači su to mogli pokazati F. prausnitzii utječe na stanične putove uključene u upalu. Uočili su da bakterije proizvode masnu kiselinu kratkog lanca zvanu butirat, za koje se ranije pokazalo da umanjuju upalu. Nakon povećanja razine butirata, stanice sluznice pokazale su smanjenje aktivnosti puta nazvanog NF kappa B. Ovo smanjenje smiruje upalu.

"Sveukupno, ovaj put je smanjen, što je zaista slično onome što su ljudi vidjeli kod ljudi, "Zhang kaže." Čini se da bakterije desenzibiliziraju stanice sisavaca kako ne bi pretjerano reagirale na opasnosti u vanjskom okruženju, pa bakterije smiruju stanje upale. "

Pacijenti s Crohnovom bolešću često imaju smanjenu razinu F. prausnitzii , Pretpostavlja se da nedostatak tih bakterija doprinosi preaktivnoj upali koja se viđa kod tih pacijenata.

Kad su istraživači sustavu dodali butirat, bez bakterija, nije generirao sve učinke koje su vidjeli kada su bile prisutne bakterije. To sugerira da se neki učinci bakterija mogu ostvariti drugim mehanizmima, što se istraživači nadaju da će dodatno istražiti.

Mikrobi i bolesti

Istraživači također planiraju koristiti svoj sustav za proučavanje onoga što se događa kada dodaju druge vrste bakterija za koje se vjeruje da igraju ulogu u Crohnovoj bolesti, kako bi pokušali dodatno istražiti učinke svake vrste.

Također planiraju studiranje, rad s Alessiom Fasanom, načelnik odjeljenja dječje gastroenterologije i prehrane u Općoj bolnici Massachusetts, za rast tkiva sluznice od pacijenata s celijakijom i drugim gastrointestinalnim poremećajima. Ovo se tkivo tada moglo koristiti za proučavanje upale izazvane mikrobima u stanicama s različitim genetskim podrijetlom.

"Nadamo se da ćemo dobiti nove podatke koji će pokazati kako mikrobi i upala djeluju s genetskom pozadinom domaćina, provjeriti mogu li postojati ljudi koji imaju genetsku sklonost da mikrobi ometaju barijeru sluznice malo više od drugih ljudi, "Kaže Griffith.

Također se nada da će koristiti uređaj za proučavanje drugih vrsta mukoznih barijera, uključujući one ženskog reproduktivnog trakta, poput vrata maternice i endometrija.

• Studija pronalazi dokaze o crijevnoj disbiozi kod ljudi s Huntingtonovom bolešću
• Studija se bavi specifičnim mjestima rizika za rak želuca među etničkom populacijom