Um sistema de cultura de órgãos intestinais para analisar interações hospedeira-microbiota

O intestino é um órgão altamente complexo que contém uma ampla gama de tipos celulares (células epiteliais, células do sistema imunológico, neurônios e muito mais) organizado em uma estrutura particular que permite que as células interajam e se comuniquem entre si e com o conteúdo luminoso (microbiota, alimentos, etc.) ¹. Atualmente, a caixa de ferramentas de pesquisa disponível para análise de interações host-microbiota inclui culturas in vitro células e modelos in vivo animais². Os modelos in vivo animal fornecem uma construção fisiológica de tecido^3, mas com baixo controle experimental e capacidade limitada de manipular as condições do experimento. Sistemas de cultura in vitro, por outro lado, usam células primárias ou linhas celulares que podem ser complementadas com micróbios^4,oferecendo controle rigoroso sobre os parâmetros do experimento, mas não têm a complexidade celular e a arquitetura tecidual. Ensaios in vitro modernos permitem o uso avançado de amostras de tecido humano saudável e patológico, como organoides epiteliais derivados de fontes humanas ou camundongos^5,6, e amostras que imitam o microambiente mucosal⁷. Outro exemplo é o ensaio “intestino em um chip”, que inclui a linha celular epitelial cólon humana (Caco2), matriz extracelular e canais microfluidos para imitar a condição fisiológica do intestino invariante⁸. No entanto, por mais avançados e inovadores que as amostras in vitro possam ser, elas não mantêm uma arquitetura de tecido normal ou uma composição celular ingênua.

Para lidar com isso, Yissachar et al. desenvolveram recentemente um sistema de cultura de órgãos ex vivo ⁹ (Figura 1) que mantém fragmentos intestinais intactos ex vivo,beneficiando-se das vantagens tanto dos modelos in vivo quanto in vitro. Este sistema de cultura de órgãos ex vivo gut é baseado em um dispositivo de cultura personalizado que suporta uma cultura multiplexada de seis tecidos de cólon, permitindo examinar entradas experimentais em condições comparáveis enquanto controla as entradas e saídas do sistema. Trabalhos recentes demonstraram que esse sistema é valioso para analisar respostas intestinais a bactérias intestinais individuais⁹, amostras inteiras de microbiota humana¹⁰ e metabólitos microbianos¹¹. Este sistema permite, pela primeira vez, o estudo dessas interações entre hospedeiros e microbiotas precoces com alto nível de controle sobre os componentes hospedeiros, microbianos e ambientais. Além disso, permite monitorar e manipular o sistema durante todo o experimento, em tempo real.

Figura 1: Esquemas do dispositivo de cultura intestinal. Todo um fragmento de tecido intestinal é anexado às portas de saída e entrada da câmara (superior), com bombas regulando o fluxo médio dentro do lúmen e na câmara média externa. Todo o dispositivo (inferior) contém 6 dessas câmaras. Este número foi modificado a partir de Yissachar et al. 2017. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.