Neie mënschleche Colon-on-a-Chip erméiglecht in vitro Studie vun der Schleimphysiologie

Mir hunn eng mutualistesch awer komplizéiert Bezéiung mat der Sammlung vu Mikroben an eisem Darm bekannt als den Darmmikrobiom. Dës komplex Gemeinschaft vu Bakterien brécht verschidde Liewensmëttelkomponenten of, a verëffentlecht Nährstoffer wéi Vitaminnen an eng Onmass vun anere Faktoren, déi d'Funktiounen an Tissue wäit iwwer den Darmtrakt kontrolléieren. Wéi och ëmmer, déi grouss Unzuel u Mikroben stellen och eng Gefor duer well se Entzündung ausléise kënnen, déi geduecht ass un der Wuerzel vu ville Darmkrankheeten ze sinn, inklusiv entzündlech Darmkrankheet, Stralungsinduzéiert intestinal Verletzung, an e puer Kriibs.

Fir d'Optriede vu gënschtege Substanzen aus dem Darmlumen z'erméiglechen, a gläichzäiteg verhënneren datt Darmmikroben Kontakt mat der intestinaler Epithelgewebe Uewerfläch hunn, spezialiséiert Zellen genannt Becherzellen produzéiere kontinuéierlech Schleck, déi schlank gooähnlech Substanz déi d'ganz Darmuewerfläch beschichtet. De Mucus war bis elo notoresch schwéier ze studéieren:seng Struktur zerfallt séier a chirurgesch geläscht Sektiounen vum Darm, de System dee meeschtens benotzt gëtt fir Schleck ze studéieren, a kee in vitro Kultursystem konnt eng in vivo-ähnlech Schleimschicht rekonstituéieren mat der natierlecher Struktur, déi am liewegen Darm ausserhalb vum mënschleche Kierper gesi gouf. Zu dëse Schwieregkeeten bäidroen, Schleim ënnerscheet sech och tëscht Mënschen an aner Arten, verschidde Sektiounen vum Darmtrakt, a souguer verschidde Leit.

Elo, fokusséiert op den Darm oder de Colon, deen déi gréisst Unzuel u Kommensal Mikroben enthält an déi déckst Schleimschicht huet, eng Equipe vun Tissueingenieuren am Harvard Wyss Institut fir Biologesch Inspiréiert Engineering huet e Colon-on-a-Chip (Colon Chip) Mikrofluidesche Kulturtechnik entwéckelt, dee vu Patient-ofgeleete Colonzellen gespaant ass, déi spontan eng Schleimschicht mat der Déck accumuléiert, bi-Layer Struktur, a Barriärfunktiounen typesch am normale mënschleche Colon fonnt. D'Schleimhaut Uewerfläch an hirem Modell reagéiert och op den entzündlechen Mediator Prostaglandin E2 (PGE2) andeems se eng séier Schwellungsreaktioun montéieren. Hir Erkenntnisser ginn publizéiert am Cellulär a Molekular Gastroenterologie an Hepatologie .

Eis Approche bitt Fuerscher d'Méiglechkeet Äntwerten op Froen iwwer normal a Krankheet-assoziéiert Schleimbiologie ze fannen, wéi seng Bäiträg zu intestinalen entzündleche Krankheeten a Kriibs, a komplex Host-Mikrobiom Interaktiounen. Wichteg, mir benotze Patient-ofgeleet Zellen fir dës Apparater ze leeën an dofir stellt dëst eng ganz nei Approche fir personaliséiert Medizin duer, wou et méiglech ass ze studéieren wéi d'Schleim funktionnéiert oder Dysfunktiounen an engem bestëmmte Patient, an d'Therapie entspriechend unzepassen. "

Donald Enger, M.D., Ph.D., Grënnungsdirekter, Senior Enquêteur op der Studie

Den Ingber ass och de Judah Folkman Professer fir vaskulär Biologie an der Harvard Medical School an de Vascular Biology Programm am Boston Children's Hospital, souwéi Professer fir Bioengineering an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. Säi Team ass en Deel vun enger multi-institutioneller Zesummenaarbecht ënnerstëtzt vun engem Cancer Research UK's Grand Challenge Subventioun an deem säi Wyss Team enquêtéiert wéi entzündungsrelatéiert Ännerunge bäidroen zu der Bildung vu Kriibs, Darmkriibs abegraff. De Grand Challenge ass eng ambitiéis international Kriibsfuerschungsinitiativ, weltwäit féierend Teams vu Wëssenschaftler z'ënnerstëtzen fir e puer vun den haardsten Erausfuerderunge beim Kriibs unzehuelen, a gitt hinnen d'Fräiheet fir nei Approche op Skala ze probéieren.

D'Applikatioun vum Team start mat Patient-ofgeleete Colonzellen aus Colonresektiounen an endoskopesche Biopsien déi als éischt "Organoiden" ugebaut ginn, kleng organiséiert Bäll vum Colon Tissu déi haaptsächlech Epithelstammzellen enthalen. Nom Fragmentéiere vun den Organoiden, hir Zelle gi benotzt fir d'Uewer vun zwee parallele Kanäl vun engem mikrofluidesche Chip ze populéieren, déi vun enger poröser Membran getrennt sinn. Einfach andeems d'Kanäl kontinuéierlech mat Nährstoffmedium perfuséieren, de Colon Stammzellen wuessen zu engem kontinuéierleche Blat a bilden héich funktionell Becherzellen déi Schleck secrete.

"D'Zelle wuessen um Chip ënner Stroum féiert zu ongeféier 15% vun Epithelzellen, déi sech spontan a Goblet Zellen differenzéieren. Verdeelt duerch den Epithel, dës produzéieren eng in vivo-ähnlech Schleimschicht, "sot den éischten Auteur Alexandra Sontheimer-Phelps, en Diplomstudent vun der Universitéit Freiburg, Däitschland, am Ingber Grupp schaffen. "Gläichzäiteg, aner Epithelzellen, déi sech ëmmer weider deelen, fëllen och d'Goblet Zellpopulatioun op wéi am liewege Colon, dat heescht datt den Chip a Stabilitéitskonditioune fir méi wéi zwou Wochen oprecht gehale ka ginn, wat et ganz nëtzlech mécht fir méi laangfristeg Studien. "

D'Wyss Team huet gewisen datt de Colon Epithel am Chip voll polariséiert ass mat ënnerschiddleche Marker limitéiert op säi lumen exponéiert, mucus-secreting Säit a seng entgéintgesate Membranbindend Säit. Seng Becherzellen secrete de grousse Schleimprotein mucin 2 (MUC2), déi wann se mat komplexe Ketten vun Zockermoleküle verbonne sinn, versammelt sech a multimolekylär Netzwierk oder Gel dat Waasser hëlt. "Eis Approche produzéiert tatsächlech déi bi-Schicht Struktur vum normale Colon Schleim mat enger bannenzeger dichter Schicht, déi mir weisen datt et onendbar ass fir Bakterien-mimikéierend Partikelen, déi duerch den Darmkanal fléissen, an eng méi locker baussenzeg Schicht, déi Partikelen erméiglecht eran ze kommen. Dëst ass nach ni virdru gemaach in vitro, "sot de Sontheimer-Phelps.

Fir d'Funktionalitéit vum Schleck z'ënnersichen, si an hir Mataarbechter hunn den Chip dem inflammatoresche Mediator PGE2 ausgesat. De Schleim huet séier Schwellung bannent Minutten an onofhängeg vun enger neier Schleimekretioun, an dëse Prozess vun der Schleimakkumulatioun kann a liewege Kulturen visualiséiert ginn andeems de Chips vun der Säit mat donkel Feldbeleuchtung gekuckt ginn. Dës dynamesch Äntwert kéint blockéiert ginn andeems ee bestëmmte Ionkanal hemmt, déi Ionen an de Colon Epithel pompt a passiv Waassermoleküle erlaben ze verfollegen an anscheinend, dëst dréit d'Schleimschwellung wann se duerch Signaler wéi PGE2 stimuléiert gëtt.

De Mucus gouf laang geduecht als passiv ze sinn, Hostbarriär, awer et gëtt ëmmer méi kloer datt mikrobiell Aarte seng Struktur a Funktioun beaflossen zousätzlech fir op seng Kuelenhydrater als Energiequell ze ernähren. "Eise In -Vitro System bréngt eis e Schrëtt méi no fir erauszefannen wéi individuell Bakterienaarten a méi komplex mikrobiell Gemeinschaften de Schleim beaflosse kënnen a vice versa, wéi och wéi dës komplex Interaktioun d'Entwécklung vun Darmkrankheeten beaflosst. Mir hunn och elo en Testbett fir nei therapeutescht Medikament a probiotesch Strategien z'entdecken déi dës Krankheeten kéinte verhënneren oder ëmgedréint hunn "sot den Ingber.

• Ganz Uebst iessen kéint den Blutdrock fir Männer a Frae reduzéieren
• Neie Modell fir spéider Sepsis exploréiert potenziell Behandlungen fir neonatal Infektioun