Naujas prietaisas, skirtas modeliuoti sudėtingą žmogaus žarnyno mikrobiomos aplinką

Manėme, kad tikrai svarbu prisidėti prie bendruomenės įrankio, kuris galėtų būti naudojamas šiuo kraštutiniu atveju. Mes parodėme, kad galite auginti šiuos labai išrankius organizmus, ir mes galėjome ištirti jų poveikį žmogaus gaubtinei žarnai “.

Linda Griffith, Inžinerijos mokykla Inovacijų mokymo profesorius MIT Biologijos inžinerijos katedroje

Naudojant šią sistemą, tyrėjai parodė, kad jie gali užauginti bakterijų padermę, vadinamą Faecalibacterium prausnitzii, kuris gyvena žmogaus žarnyne ir apsaugo nuo uždegimo. Jie taip pat parodė, kad šios bakterijos, kurie dažnai sumažėja pacientams, sergantiems Krono liga, atrodo, kad jie turi daug apsauginio poveikio, išskirdami riebalų rūgštį, vadinamą butiratu.

Griffith ir David Trumper, MIT mechanikos inžinerijos profesorius, yra vyresnieji tyrimo autoriai, kuris šiandien pasirodo žurnale Med . MIT postdocs Jianbo Zhang ir Yu-Ja Huang yra pagrindiniai straipsnio autoriai.

Jautrumas deguoniui

Sudėtingą žmogaus žarnyno mikrobiomos aplinką sunku modeliuoti naudojant tokius gyvūnus kaip pelės, iš dalies todėl, kad pelės valgo labai skirtingą mitybą nei žmonės, Griffith sako.

„Mes daug sužinojome iš pelių ir kitų gyvūnų modelių, bet yra daug skirtumų, ypač kai kalbama apie žarnyno mikrobiomą, " ji sako.

Dauguma žmogaus žarnyne gyvenančių bakterijų yra anaerobinės, tai reiškia, kad jiems išgyventi nereikia deguonies. Kai kurios iš šių bakterijų gali toleruoti mažą deguonies kiekį, o kiti, toks kaip F. prausnitzii , negali išgyventi deguonies poveikio, todėl sunku juos ištirti laboratorijoje. Kai kurie mokslininkai sukūrė prietaisus, kuriuose jie gali auginti žmogaus storosios žarnos ląsteles kartu su bakterijomis, kurios toleruoja mažą deguonies kiekį, bet šie nelabai tinka F. prausnitzii ir kiti labai deguonies netoleruojantys mikrobai.

Norėdami tai įveikti, MIT komanda sukūrė įrenginį, kuris leidžia tiksliai kontroliuoti deguonies kiekį kiekvienoje sistemos dalyje. Jų prietaise yra kanalas, padengtas ląstelėmis iš žmogaus storosios žarnos gleivinės barjero. Žemiau šių ląstelių maistinės medžiagos yra pumpuojamos, kad ląstelės išliktų gyvos. Šis apatinis sluoksnis yra daug deguonies, tačiau deguonies koncentracija mažėja link gleivinės ląstelių sluoksnio viršaus, panašiai kaip tai, kas vyksta žmogaus storosios žarnos viduje.

Kaip ir žmonių žarnyne, kanalo barjerinės ląstelės išskiria tankų gleivių sluoksnį. MIT komanda tai parodė F. prausnitzii gali susidaryti ląstelių debesis išoriniame šių gleivių sluoksnyje ir ten išgyventi iki keturių dienų, aplinkoje, kurioje nėra deguonies per jį tekančiu skysčiu. Šiame skystyje taip pat yra maistinių medžiagų mikrobams.

Naudojant šią sistemą, tyrėjai sugebėjo tai parodyti F. prausnitzii daro įtaką ląstelių keliams, susijusiems su uždegimu. Jie pastebėjo, kad bakterijos gamina trumpos grandinės riebalų rūgštį, vadinamą butiratu, kuris anksčiau buvo įrodyta, kad mažina uždegimą. Kai butirato lygis pakilo, gleivinės ląstelės parodė kelio, vadinamo NF kappa B., aktyvumo sumažėjimą. Šis sumažėjimas ramina uždegimą.

„Apskritai, šis kelias sumažėjo, tai tikrai panašu į tai, ką žmonės matė žmonėse, "Zhang sako." Atrodo, kad bakterijos desensibilizuoja žinduolių ląsteles, kad jos pernelyg nereaguotų į pavojus išorinėje aplinkoje, todėl bakterijos nuramina uždegimo būseną “.

Pacientams, sergantiems Krono liga, dažnai sumažėja F. prausnitzii , ir hipotezė, kad tų bakterijų trūkumas prisideda prie pernelyg aktyvaus uždegimo, pastebėto tiems pacientams.

Kai tyrėjai į sistemą įtraukė butiratą, be bakterijų, jis nesukėlė visų efektų, kuriuos jie matė, kai buvo bakterijų. Tai rodo, kad kai kurie bakterijų poveikiai gali būti veikiami kitais mechanizmais, kurį tyrėjai tikisi toliau tirti.

Mikrobai ir ligos

Mokslininkai taip pat planuoja naudoti savo sistemą, kad ištirtų, kas atsitinka, kai jie prideda kitų rūšių bakterijų, kurios, kaip manoma, vaidina svarbų vaidmenį Krono liga, pabandyti toliau tirti kiekvienos rūšies poveikį.

Jie taip pat planuoja tyrimą, darbas su Alessio Fasano, Masačusetso bendrosios ligoninės vaikų gastroenterologijos ir mitybos skyriaus viršininkas, auginti gleivinį audinį iš pacientų, sergančių celiakija ir kitais virškinimo trakto sutrikimais. Tada šis audinys galėtų būti naudojamas tiriant mikrobų sukeltą uždegimą ląstelėse, turinčiose skirtingą genetinę kilmę.

„Tikimės gauti naujų duomenų, kurie parodys, kaip mikrobai ir uždegimas veikia su šeimininko genetine kilme, išsiaiškinti, ar gali būti žmonių, kurie turi genetinį polinkį į mikrobų poveikį gleivinės barjerui šiek tiek labiau nei kiti žmonės, “ - sako Griffith.

Ji taip pat tikisi naudoti prietaisą kitų tipų gleivinių barjerų tyrimui, įskaitant moterų reprodukcinio trakto organus, pavyzdžiui, gimdos kaklelis ir endometriumas.

• Tyrimo metu buvo rasta įrodymų apie žarnyno disbiozę žmonėms, sergantiems Huntingtono liga
• Tyrime nagrinėjama specifinė skrandžio vėžio rizika tarp etninių gyventojų