Чип для изучения взаимодействия человека со своим микробиомом

Исследователи из Гарвардского института Висса разработали микрофлюидный чип, который позволяет совместно культивировать бактерии и эпителиальные клетки кишечника человека. Устройство предоставит исследователям возможность изучить, как взаимодействуют кишечник и бактерии, помогая определить роль микроорганизмов в здоровье и заболеваниях. Информация об этом исследовании опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.

Поступающие сообщения о связи микробиома человека с широким кругом заболеваний, включая рак, аутоиммунные болезни, инфекции и воспалительные заболевания, привлекают к себе повышенное внимание исследователей, занимающихся изучением микроорганизмов человека. Однако одним из главных препятствий в изучении влияния микроорганизмов на организм является склонность бактерий быстро перегружать и убивать клетки человека, когда они выращиваются вместе в емкости для выращивания клеточных культур. Кроме того, многие бактерии, которые растут в кишечной полости, являются анаэробными, что означает, что они любят расти в условиях низкого содержания кислорода, что, в свою очередь, также убивает клетки человека.

Для решения этой проблемы ученые разработали микрофлюидный чип, который делает возможной совместную культивацию. Чип содержит два отделения, разделенных пористой мембраной: одно для культуры васкуляризированного эпителия кишечника человека, а другое - для сложного микробиома. За счет размещения чипа в анаэробной камере, исследователи создали градиент кислорода, при котором клетки человека получают достаточно кислорода для роста и выживания, но бактерии содержатся в условиях низкого содержания кислорода, которые имитируют ситуацию в кишечнике человека.

При этом ученые оснастили свое устройство оптическими датчиками, которые могут сообщать о локальной концентрации кислорода в обоих каналах в режиме реального времени, не нарушая градиента кислорода.

Устройство содержало огромное разнообразие бактерий, похожее на то, что наблюдается в человеческом микробиоме, а кишечный слой образовывал защитный слизистый барьер, подобный тому, который существует в кишечнике человека. С помощью этого чипа исследователи надеются исследовать взаимодействия микроорганизмов и кишечника, что может помочь с персонализированной медициной и определить роль микроорганизма в различных заболеваниях.

* Микробиом — совокупность разнообразия генов микробиоты (микрофлоры) различных экологических ниш. Существуют  "микробиом кишечника", "микробиом ротовой полости и пародонта", "микробиом репродуктивной системы", "вагинальный микробиом", и другие его разновидности.