Sukurta pelės „Intestine Chip“ platforma gali padėti ištirti šeimininko ir mikrobiomos sąveiką

Biomedicininiai tyrimai labai priklauso nuo gyvūnų modelių, tokių kaip pelės, kurie neabejotinai turi didžiulę naudą, tačiau nesuteikia galimybės ištirti normalius ir patologinius procesus tam tikrame organe, pavyzdžiui, žarnyne, iš arti ir realiu laiku. Šis svarbus koncepcijos įrodymas su Denniso Kasperio grupe pabrėžia, kad mūsų sukurta pelės „Intestine Chip“ platforma siūlo būtent tokią galimybę ir suteikia galimybę tirti šeimininko ir mikrobiomos sąveiką su įvairių rūšių mikrobiomomis labai kontroliuojamomis sąlygomis in vitro . "

Donaldas Ingberis, M.D, Daktaras, Steigėjas, Wyss Biologiškai įkvėptos inžinerijos institutas Harvarde

„Atsižvelgiant į gilų pelių imunologijos apibūdinimo lygį, ši galimybė galėtų labai padėti paspartinti tyrėjų, kurie šiuo metu naudoja šiuos gyvūnus, tyrimus, susijusius su mikrobioma ir šeimininko atsakais. Tai leidžia jiems ateityje lyginti savo gautus rezultatus tiesiogiai su žmogaus žarnyno lustais, kad būtų galima sutelkti dėmesį į šeimininko atsako ypatybių, kurios yra svarbiausios žmonėms, nustatymą. "Ingberis taip pat yra Judo liaudies kraujagyslių biologijos profesorius HMS ir Bostono vaikų ligoninė, ir Harvardo Johno A. Paulsono inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos bioinžinerijos profesorius.

Instrine-on-Chip pelės platformos kūrimas

Savo naujame tyrime, komanda sutelkė dėmesį į pelių žarnyno traktą. "Tradiciškai buvo labai sunku modeliuoti šeimininko ir mikrobiomos sąveiką už bet kurio organizmo ribų, nes daugelis bakterijų yra griežtai anaerobinės ir miršta esant įprastoms atmosferos deguonies sąlygoms. Organų mikroschemų technologija gali atkurti šias sąlygas, daug lengviau iš pelių gauti pirmines žarnyno ir imunines ląsteles nei pasikliauti žmogaus biopsija, “-sakė pirmoji autorė Francesca Gazzaniga, Daktaras, doktorantas, dirbantis tarp Ingberio ir Kasperio grupių ir vadovaujantis projektui.

Gazzaniga ir jos kolegos išskyrė žarnyno kriptas iš skirtingų pelių žarnyno trakto regionų, įskaitant dvylikapirštę žarną, tuščiaviduris, ileum, ir dvitaškis, paėmė savo ląsteles per tarpinį „organoidinį“ kultūros žingsnį, kuriame susidaro ir auga nedideli audinių fragmentai, kuriuos jie pasėjo į vieną iš dviejų lygiagrečių mikrofluidiškai perfuzuotų Wyss organų lustų kanalų, kad sukurtų regionui būdingus žarnyno lustus.

Antrasis nepriklausomai perfuzuotas kanalas imituoja kraujotaką, ir yra atskirtas nuo pirmosios akytos membranos, leidžiančios keistis maistinėmis medžiagomis, metabolitai, ir išskiriamos molekulės, kurias žarnyno epitelio ląstelės naudoja bendravimui su kraujagyslių ir imuninėmis ląstelėmis.

Patekimas į patogeną

Tada komanda užsikrėtė S. typhimurium kaip patogenu. Pirmas, jie patogeną įvedė į sukurtos pelės gaubtinės žarnos epitelio spindį ir pakartojo pagrindines savybes, susijusias su žarnyno audinio vientisumo pažeidimu, žinomu iš pelių tyrimų, įskaitant normaliai glaudžių sukibimų tarp kaimyninių epitelio ląstelių sutrikimą, sumažėjusi gleivių gamyba, pagrindinio uždegiminio chemokino (žmogaus IL-8 pelės homologo) sekrecijos šuolis, ir epitelio genų ekspresijos pokyčiai. Lygiagrečiai, jie parodė, kad pelės gaubtinės žarnos lustas palaikė sudėtingų bakterijų konsorciumų, paprastai esančių pelių ir žmogaus žarnyno mikrobiomose, augimą ir gyvybingumą.

Sujungus šias galimybes, tyrėjai palygino konkrečių pelių ir žmonių mikrobų konsorciumų, kurie anksčiau buvo stabiliai palaikomi „gnotobiozinių“ pelių, kurios buvo laikomos be bakterijų, „Kasper“ komandos, žarnyne, poveikį. Surinkus sudėtingus mikrobiomus iš tų pelių išmatų, ir tada juos įskiepyti į storosios žarnos lustus, tyrėjai pastebėjo konsorciumo sudėties kintamumą tarp mikroschemų, tai leido jiems susieti mikrobų sudėtį su funkciniu poveikiu šeimininko epiteliui.

„Naudojant 16 -osios sekos seką, mes gerai supratome dviejų konsorciumų mikrobines kompozicijas, ir didelis vienos rūšies skaičius, Enterococcus faecium, sukurtas tik vieno iš jų „Colon Chip“, leido žarnyno audiniams geriau toleruoti infekciją, „Puikiai patvirtino ankstesnes išvadas ir patvirtino mūsų požiūrį kaip naują atradimų platformą, kurią dabar galime naudoti norėdami ištirti mechanizmus, kuriais grindžiamas šis poveikis, taip pat gyvybiškai svarbių imuninių ląstelių indėlį į šeimininko toleranciją, taip pat infekciniai procesai, susiję su kitais patogenais “.

„Pelės žarnynas naudojant mikroschemų technologiją suteikia unikalų metodą suprasti žarnyno mikrobiotos ryšį, šeimininko imunitetas, ir mikrobų sukėlėjas. Šį svarbų tarpusavio ryšį sunku ištirti gyvu gyvūnu, nes yra tiek daug nekontroliuojamų veiksnių.

Šios sistemos grožis yra tas, kad iš esmės visi parametrai, kuriuos norite ištirti, yra kontroliuojami ir juos galima lengvai stebėti. Ši sistema yra labai naudingas žingsnis į priekį, “, - sakė Kasperas. kas yra William Ellery Channing medicinos profesorius ir HMS imunologijos profesorius.

Mokslininkai mano, kad jų lyginamasis in vitro metodas gali atskleisti specifinį patogenų ir komensalinių bakterijų susikalbėjimą su žarnyno epitelio ir imuninėmis ląstelėmis, ir kad nustatytos toleranciją didinančios bakterijos galėtų būti naudojamos būsimam gydymui, kurie gali apeiti problemą, padidindami patogeninių bakterijų padermių atsparumą antimikrobinėms medžiagoms.

• Mikrobiotos moduliavimas ir eubiozės atkūrimas gali padėti pažaboti COVID-19 komplikacijas
• Atsitiktiniai ląstelių pokyčiai vaidina gyvybiškai svarbų vaidmenį ilgaamžiškumui, išskyrus genetiką ir aplinką