腸粘膜免疫応答を解析するための免疫適格腸内チップモデル

Organ-on-Chip(OoC)システムは、従来の2D細胞培養と動物モデルとの間のギャップを埋めることができる3D細胞培養の新たな技術です。OoCプラットフォームは、典型的には、メンブレンまたはハイドロゲル1のような広範囲の足場上で増殖した組織特異的細胞を含む1つ以上のコンパートメント^{からなる。}モデルは、1つ以上の定義された器官型機能を模倣することができます。ポンプは、細胞の老廃物を除去するための細胞培養培地の連続的なマイクロ流体灌流、細胞分化を改善するための栄養因子と成長因子の供給、および必要なin vivo条件の再現を可能にします。免疫細胞の統合により、OoCシステムはin vitroでヒトの免疫応答を模倣^{することができます2。}これまでに、さまざまな臓器や機能単位が発表されてきました¹。これらのシステムには、血管系³、肺⁴、肝臓^2,5、および腸⁶のモデルが含まれ、薬物試験^5,7および感染研究^6,8のために容易にすることができる。

ここでは、絨毛様および陰窩様構造の器官型3Dトポグラフィーを形成するヒト上皮細胞を統合し、内皮内層および組織常在マクロファージを組み合わせたヒト腸オンチップモデルを紹介します。このモデルは、マイクロ流体灌流バイオチップで顕微鏡スライドの形式で培養されます。各バイオチップは、2つの別々のマイクロ流体キャビティで構成されています。各キャビティは、多孔質ポリエチレンテレフタレート(PET)膜によって上部と下部のチャンバーに分割されています。膜自体は、細胞が両側で成長するための足場としても機能します。メンブレンの細孔は、細胞のクロストークと細胞層間の細胞移動を可能にします。各チャンバーには、2つのメスルアーロックサイズのポートからアクセスできます。オプションで、追加のミニルアーロックサイズのポートを使用して、上部または下部のチャンバーにアクセスできます(図1)。

OoCプラットフォームは、1回の実験から得られる多数の読み出しを提供します。インセプトオンチップは、灌流3D細胞培養、廃液分析、および蛍光顕微鏡法を組み合わせて、細胞マーカーの発現、代謝率、免疫応答、微生物のコロニー形成と感染、およびバリア機能を評価するように調整されています^3,6,8。このモデルには、組織に常在する免疫細胞と、生きた微生物と宿主組織との直接接触が含まれており、これは他の公開モデルと比較して利点である⁹。さらに、上皮細胞は、生きた微生物叢とのコロニー形成に生理学的に関連性のあるインターフェースを提供する三次元構造に自己組織化します⁶。