Echter, gastheertolerantie voor infectie met pathogenen is niet in alle organismen in gelijke mate ontwikkeld. Bijvoorbeeld, het is bekend dat het darmmicrobioom van muizen effectiever beschermt tegen infectie met bepaalde pathogenen, zoals de bacterie Salmonella typhimurium, dan het menselijke darmmicrobioom.
Dit roept de interessante mogelijkheid op dat het analyseren van verschillen tussen gastheer-microbioom-interacties bij mensen en andere soorten, zoals muizen, en het lokaliseren van individuele soorten bacteriën die beschermen of sensibiliseren tegen bepaalde pathogenen, zou kunnen leiden tot geheel nieuwe soorten therapeutische benaderingen.
Echter, terwijl de samenstelling van het darmmicrobioom en het effect ervan op de immuunresponsen van de gastheer goed zijn onderzocht bij muizen, het is niet mogelijk om te bestuderen hoe het microbioom direct interageert met de epitheelcellen die de darm bekleden onder zeer gedefinieerde omstandigheden, en daardoor specifieke bacteriestammen bloot te leggen die gastheertolerantie voor infectieuze pathogenen kunnen induceren.
Nutsvoorzieningen, een samenwerkend team onder leiding van Wyss Founding Director Donald Ingber, MD, doctoraat aan het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering van Harvard en Dennis Kasper, M.D. aan de Harvard Medical School (HMS) heeft de microfluïdische Organs-on-Chip (Organ Chip) -technologie van Wyss gebruikt om de verschillende anatomische secties van de muizendarm en hun symbiose met een complex levend microbioom in vitro te modelleren.
De onderzoekers recapituleerden de destructieve effecten van S. typhimurium op het darmepitheeloppervlak in een gemanipuleerde muis Colon Chip, en in een vergelijkende analyse van microbiomen van muizen en mensen konden bevestigen dat de commensale bacterie Enterococcus faecium bijdraagt aan de tolerantie van de gastheer voor S. typhimurium-infectie. De studie is gepubliceerd in Grenzen in cellulaire en infectiemicrobiologie .
Het project is gestart in het kader van een door DARPA ondersteund "Technologies for Host Resilience" (THoR)-project aan het Wyss Institute, wiens doel het was om de belangrijkste bijdragen aan tolerantie voor infectie bloot te leggen door verschillen te bestuderen die zijn waargenomen bij bepaalde diersoorten en mensen. Met behulp van een menselijke Colon Chip, Ingber's groep had in een eerdere studie aangetoond hoe metabolieten geproduceerd door microben afkomstig van muizen- en menselijke uitwerpselen verschillende mogelijkheden hebben om de gevoeligheid voor infectie met een enterohemorrhagische E. coli-pathogeen te beïnvloeden.
Biomedisch onderzoek is sterk afhankelijk van diermodellen zoals muizen, die ongetwijfeld enorme voordelen hebben, maar bieden geen mogelijkheid om normale en pathologische processen binnen een bepaald orgaan te bestuderen, zoals de darm, van dichtbij en in realtime. Deze belangrijke proof-of-concept-studie met de groep van Dennis Kasper benadrukt dat ons engineered-muis Intestine Chip-platform precies deze mogelijkheid biedt en de mogelijkheid biedt om gastheer-microbioom-interacties met microbiomen van verschillende soorten onder zeer controleerbare omstandigheden in vitro te bestuderen ."
Donald Ingber, MD, doctoraat, Oprichtend directeur, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan Harvard
"Gezien het diepgaande karakteriseringsniveau van muizenimmunologie, deze mogelijkheid zou enorm kunnen helpen bij het bevorderen van het werk van onderzoekers die deze dieren momenteel gebruiken om onderzoek te doen naar microbioom en gastheerreacties. Het stelt hen in staat om hun resultaten in de toekomst rechtstreeks te vergelijken met menselijke darmchips, zodat de focus kan liggen op het identificeren van kenmerken van gastheerrespons die het meest relevant zijn voor mensen." Ingber is ook de Judah Folkman Professor of Vascular Biology bij HMS en Boston Kinderziekenhuis, en hoogleraar bio-engineering aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
In hun nieuwe studie het team concentreerde zich op het darmkanaal van de muis. "Het was van oudsher buitengewoon moeilijk om interacties tussen gastheer en microbioom buiten elk organisme te modelleren, aangezien veel bacteriën strikt anaëroob zijn en sterven in normale atmosferische zuurstofomstandigheden. Organ Chip-technologie kan deze omstandigheden nabootsen, en het is veel gemakkelijker om primaire darm- en immuuncellen van muizen te verkrijgen dan te moeten vertrouwen op menselijke biopsieën, " zei eerste auteur Francesca Gazzaniga, doctoraat, een postdoctoraal onderzoeker die tussen de groepen van Ingber en Kasper werkt en het project leidde.
Gazzaniga en haar collega's isoleerden darmcrypten uit verschillende regio's van het darmkanaal van de muis, inclusief de twaalfvingerige darm, jejunum, ileum, en dubbele punt, namen hun cellen door een tussenliggende "organoïde" stap in cultuur waarin zich kleine weefselfragmenten vormen en groeien, die ze vervolgens in een van de twee parallelle microfluïdisch geperfundeerde kanalen van de Wyss' Organ Chips zaaiden om regio-specifieke Intestine Chips te creëren.
Het tweede onafhankelijk geperfundeerde kanaal bootst het bloedvatstelsel na, en is van de eerste gescheiden door een poreus membraan dat de uitwisseling van voedingsstoffen mogelijk maakt, metabolieten, en uitgescheiden moleculen die darmepitheelcellen gebruiken om te communiceren met vasculaire en immuuncellen.
Het team richtte zich vervolgens op S. typhimurium als een pathogeen. Eerst, ze introduceerden de ziekteverwekker in het epitheliale lumen van de gemanipuleerde Colon Chip van de muis en vatten de belangrijkste kenmerken samen die verband houden met de afbraak van de integriteit van het darmweefsel die bekend is uit muisstudies, inclusief de verstoring van normaal hechte verklevingen tussen naburige epitheelcellen, verminderde productie van slijm, een piek in secretie van een belangrijke inflammatoire chemokine (de muishomoloog van humaan IL-8), en veranderingen in epitheliale genexpressie. parallel, ze toonden aan dat de Colon Chip van de muis de groei en levensvatbaarheid ondersteunde van complexe bacteriële consortia die normaal aanwezig zijn in het microbioom van muizen en mensen.
Door deze mogelijkheden samen te brengen, de onderzoekers vergeleken de effecten van specifieke microbiële consortia van muizen en mensen die voorheen stabiel werden gehouden in de darmen van 'gnotobiotische' muizen die door het Kasper-team onder kiemvrije omstandigheden werden gehuisvest. Door complexe microbiomen te verzamelen uit de ontlasting van die muizen, en ze vervolgens te enten in de Colon Chips, de onderzoekers observeerden chip-to-chip-variabiliteit in de samenstelling van het consortium, waardoor ze de samenstelling van microben konden relateren aan functionele effecten op het gastheerepitheel.
"Het gebruik van 16s-sequencing gaf ons een goed beeld van de microbiële samenstellingen van de twee consortia, en grote aantallen van één individuele soort, Enterococcus faecium, gegenereerd door slechts één van hen in de Colon Chip, liet het darmweefsel de infectie beter verdragen, " zei Gazzaniga. "Dit bevestigde op mooie wijze eerdere bevindingen en valideerde onze aanpak als een nieuw ontdekkingsplatform dat we nu kunnen gebruiken om de mechanismen te onderzoeken die aan deze effecten ten grondslag liggen, evenals de bijdrage van vitale immuuncelbijdragen aan gastheertolerantie, evenals infectieuze processen waarbij andere pathogenen betrokken zijn."
"De muis-darm-op-een-chip-technologie biedt een unieke benadering om de relatie tussen de darmmicrobiota, gastheer immuniteit, en een microbieel pathogeen. Deze belangrijke onderlinge relatie is een uitdaging om te bestuderen bij het levende dier, omdat er zoveel oncontroleerbare factoren zijn.
Het mooie van dit systeem is dat in wezen alle parameters die u wilt bestuderen controleerbaar zijn en gemakkelijk kunnen worden gecontroleerd. Dit systeem is een zeer nuttige stap voorwaarts, " zei Kasper, wie is de William Ellery Channing Professor of Medicine en Professor of Immunology aan de HMS.
De onderzoekers geloven dat hun vergelijkende in vitro-benadering specifieke overspraak tussen pathogenen en commensale bacteriën met darmepitheel- en immuuncellen zou kunnen blootleggen, en dat geïdentificeerde tolerantieverhogende bacteriën kunnen worden gebruikt in toekomstige therapieën, waarmee het probleem van de toenemende antimicrobiële resistentie van pathogene bacteriestammen kan worden omzeild.
Diagnose van virale infecties met behulp van technologieën op micro- en nanoschaal
Maagzuur begrijpen
Bovenste endoscopie
Risico op tandvleesaandoeningen en slokdarm- en maagkanker
Lekkende darm en ruimtevlucht - het mechanisme onthuld
SARS-CoV-2-infectie verlengt virale uitscheiding en verlies van lymfocyten bij patiënten met kanker
Waterstofademhaling komt niet van Bikini-atol
In deze dagen met al dat stomme gepraat over een nucleaire oorlog, als je het woord waterstof ziet, denk je misschien meteen aan dat arme kleine eiland in de Stille Oceaan, Bikini-atol, waar ze al die
Antioxidanten in voeding kunnen het risico op darmkanker verhogen,
nieuwe studie onthult Gezondheidsvoordelen van antioxidanten in voedsel zijn bewezen in een aanzienlijke hoeveelheid wetenschappelijke literatuur. Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie toont aan dat te
Hoe u uw immuunsysteem kunt versterken om het coronavirus te bestrijden
Terwijl de wereld worstelt met de pandemie van het coronavirus, steeds meer mensen proberen zich met alle mogelijke middelen tegen het virus te beschermen. Er zijn momenteel geen vaccins tegen het ern