Un sistema di coltura di organi intestinali intestinali per l'analisi delle interazioni ospite-microbiota

L’intestino è un organo altamente complesso contenente una vasta gamma di tipi di cellule (cellule epiteliali, cellule del sistema immunitario, neuroni e altro) organizzati in una particolare struttura che consente alle cellule di interagire e comunicare tra loro e con il contenuto luminale (microbiota, cibo, ecc.) ¹. Attualmente, il toolbox di ricerca disponibile per l’analisi delle interazioni ospite-microbiota comprende colture cellulari in vitro e modelli animali in vivo ². I modelli animali in vivo forniscono una costruzione fisiologica del tessuto³ ma con scarso controllo sperimentale e limitata capacità di manipolare le condizioni dell’esperimento. I sistemi di coltura in vitro, d’altra parte, utilizzano cellule primarie o linee cellulari che possono essere integrate con microbi⁴, offrendo uno stretto controllo sui parametri dell’esperimento ma mancano della complessità cellulare e dell’architettura tissutale. I moderni saggi in vitro consentono l’uso avanzato di campioni di tessuto umano sani e patologici, come organoidi epiteliali derivati da fonti murine o umane^5,6,e campioni che imitano il microambiente mucoso^7. Un altro esempio è il test “gut on a chip”, che include la linea cellulare epiteliale del colon umano (Caco2), la matrice extracellulare e i canali microfluidici per imitare la condizione fisiologica dell’invariante intestinale⁸. Tuttavia, per quanto avanzati e innovativi possano essere i campioni in vitro, non mantengono una normale architettura tissutale o una composizione cellulare ingenua.

Per affrontare questo problema, Yissachar et al. hanno recentemente sviluppato un sistema di coltura di organi ex vivo ⁹ (Figura 1) che mantiene intatti i frammenti intestinali ex vivo, beneficiando dei vantaggi di modelli sia in vivo che in vitro. Questo sistema di coltura di organi intestinali ex vivo si basa su un dispositivo di coltura personalizzato che supporta una coltura multiplexata di sei tessuti del colon, consentendo di esaminare gli input sperimentali in condizioni comparabili controllando gli input e gli output del sistema. Lavori recenti hanno dimostrato che questo sistema è prezioso per analizzare le risposte intestinali ai singoli batteri intestinali^9,campioni di microbiota umano intero¹⁰ e metaboliti microbici^11. Questo sistema consente, per la prima volta, lo studio di queste prime interazioni ospite-microbiota con un alto livello di controllo sulle componenti ospiti, microbiche e ambientali. Inoltre, consente di monitorare e manipolare il sistema durante l’esperimento, in tempo reale.

Figura 1: Schemi del dispositivo di coltura intestinale. Un intero frammento di tessuto intestinale è attaccato alle porte di uscita e di ingresso della camera (in alto), con pompe che regolano il flusso medio all’interno del lume e nella camera media esterna. L’intero dispositivo (in basso) contiene 6 di queste camere. Questa cifra è stata modificata da Yissachar et al. 2017. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.