All'interno dei villi intestinali. Credito:Mopic/ Shutterstock.com
Per aiutare a migliorare la comprensione di come funziona l'intestino tenue sia in salute che in malattia, i ricercatori avevano sviluppato "organoidi" isolando cellule staminali intestinali da biopsie umane.
Sebbene questi organoidi formino tutti i tipi di cellule presenti nell'intestino, crescono come cisti con la loro superficie cellulare rivolta verso un lume chiuso piuttosto che essere esposti al contenuto dell'intestino, impedendo così lo studio di processi come il trasporto di nutrienti e farmaci, che coinvolgono la barriera intestinale.
Gli organoidi mancano anche della vascolarizzazione e dei movimenti meccanici che si verificano nella peristalsi e nel flusso sanguigno, che sono necessari per la rigenerazione dell'intestino e molti altri processi digestivi. Per affrontare questi problemi, i ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering hanno creato un dispositivo di coltura microfluidica "Organ-on-a-chip".
Donald Ingber e colleghi hanno isolato cellule intestinali umane da un tumore e le hanno coltivate in uno dei due canali separati da una membrana dalle cellule endoteliali derivate dai vasi sanguigni nel canale adiacente.
Questo frammento intestinale ha ricreato l'epitelio dei villi dell'intestino normale, il che significa che i ricercatori potrebbero studiare la peristalsi e la funzione intestinale. Però, non ha permesso lo studio di processi che utilizzano cellule intestinali normali di singoli donatori, che è fondamentale per analizzare le risposte specifiche del paziente per la medicina personalizzata.
Ora, Ingber e il team hanno affrontato questa limitazione utilizzando l'approccio organoide per isolare le cellule staminali intestinali da biopsie umane, rompendo gli organoidi e facendo crescere le cellule specifiche del paziente all'interno del chip intestinale. Quelle cellule formano spontaneamente i villi intestinali che affrontano il lume del canale e l'epitelio in stretta apposizione all'endotelio microvascolare intestinale umano.
Questo approccio rappresenta un nuovo trampolino di lancio per l'indagine dei processi normali e correlati alla malattia in modo altamente personalizzato, compreso il trasporto di nutrienti, digestione, diversi disturbi intestinali, e le interazioni intestinali con i microbi commensali e gli agenti patogeni, “
Donald Ingber, il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering
Il team di Ingber sta ora applicando lo stesso approccio a diverse parti dell'intestino che differiscono per funzione e vulnerabilità alla malattia.
"Nel futuro, tali sforzi potrebbero consentirci di comprendere molto meglio le interazioni uomo-microbioma, modelli di disturbi da malnutrizione e malattie infiammatorie dell'intestino, ed eseguire test antidroga personalizzati, " afferma il co-primo autore dello studio Alessio Tovaglieri (Dipartimento di Scienze e Tecnologie della Salute dell'ETH di Zurigo, Svizzera).
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