Система культуры органов кишечника для анализа взаимодействия хозяина и микробиоты

Кишечник является очень сложным органом, содержащим широкий спектр типов клеток (эпителиальные клетки, клетки иммунной системы, нейроны и т. Д.), Организованный в определенную структуру, которая позволяет клеткам взаимодействовать и общаться друг с другом и с содержанием просвета (микробиота, пища и т. Д.). ¹. В настоящее время исследовательский инструментарий, доступный для анализа взаимодействий хозяина и микробиоты, включает в себя культуры клеток in vitro и модели животных in vivo ^2. Животные модели in vivo обеспечивают физиологическую тканевую конструкцию^3, но с плохим экспериментальным контролем и ограниченной способностью манипулировать условиями эксперимента. Системы культивирования in vitro, с другой стороны, используют первичные клетки или клеточные линии, которые могут быть дополнены микробами^4,предлагая жесткий контроль над параметрами эксперимента, но не имея клеточной сложности и архитектуры тканей. Современные анализы in vitro позволяют использовать расширенные образцы здоровых и патологических тканей человека, такие как эпителиальные органоиды, полученные из мышиных или человеческих источников^5,6,и образцы, которые имитируют микросреду слизистой оболочки^7. Другим примером является анализ «кишечник на чипе», который включает в себя эпителиальную клеточную линию толстой кишки человека (Caco2), внеклеточный матрикс и микрофлюидные каналы для имитации физиологического состояния инварианта кишечника^8. Однако, какими бы продвинутыми и инновационными ни были образцы in vitro, они не поддерживают нормальную тканевую архитектуру или наивный клеточный состав.

Чтобы решить эту проблему, Yissachar et al. недавно разработали систему культуры органов ex vivo ⁹ (рисунок 1),которая поддерживает неповрежденные фрагменты кишечника ex vivo,извлекая выгоду из преимуществ моделей как in vivo, так и in vitro. Эта система культивирования органов кишечника ex vivo основана на специально изготовленном устройстве для культивирования, которое поддерживает мультиплексированную культуру шести тканей толстой кишки, позволяя исследовать экспериментальные входы в сопоставимых условиях, контролируя входы и выходы системы. Недавние работы продемонстрировали, что эта система ценна для анализа кишечных реакций на отдельные кишечные бактерии^9,образцы всей микробиоты человека¹⁰ и микробные метаболиты^11. Эта система позволяет впервые изучать эти ранние взаимодействия хозяин-микробиота с высоким уровнем контроля над компонентами хозяина, микробами и окружающей средой. Кроме того, он позволяет контролировать и манипулировать системой на протяжении всего эксперимента в режиме реального времени.

Рисунок 1:Схемы устройства кишечной культуры. Целый фрагмент кишечной ткани прикрепляется к выходному и входному портам камеры (верхней), с насосами, регулирующими поток среды внутри просвета и во внешней средней камере. Все устройство (днище) содержит 6 таких камер. Эта цифра была изменена с Yissachar et al. 2017. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.