9 березня 2023 р. – Від Tik Tok до чайного гриба, здоров’я кишечника має момент – після того, як ми вже чули про це протягом багатьох років. Це правильно.
Ваш кишечник – і його різноманітна суміш бактерій, відома як мікробіом – більше не стосується лише травлення. «Здоров’я» кишечника також пов’язане зі здоров’ям вашого серця, мозку, імунної системи тощо.
Проблема: багато чого в тому, що там відбувається, які бактерії населяють його на яких рівнях – і як все це інтерпретувати – залишається загадкою. Вивчення кишечника складне. Дослідження на тваринах можуть бути некорисними, оскільки тварини мають інші травні ферменти та кишкові бактерії, ніж люди. І типові лабораторні тести, такі як вирощування клітин у чашці Петрі, не враховують, наскільки складним є кишечник, частина тіла, де багато типів клітин ростуть і взаємодіють у вологому, текучому, вільному від кисню середовищі.
Нова технологія під назвою «кишка на чіпі» обіцяє все змінити, відкриваючи двері для експериментів, яких раніше не було можливо, і обіцяючи просувати медичні дослідження, згідно з новою публікацією в Біоінженерія APL.
Ваші кишки на чіпі
Це один із останніх досягнень у технології «орган на чіпі», концепція розміщення людських клітин у пристрої, призначеному для імітації діяльності органів людини. Вчені розробили моделі для моделювання таких органів, як легені, нирки та піхву.
Щоб побудувати кишечник на чіпі, вчені культивують клітини з кишкової тканини та бактерій.
«Ці клітини нелегко ростуть», — каже автор дослідження Амін Валієі, доктор філософії, постдокторський науковий співробітник Каліфорнійського університету в Берклі. «Їм потрібне особливе середовище».
Щоб створити таке середовище, дослідники помістили клітини в крихітні канали, призначені для забезпечення потоку рідини та імітації сил, що виникають у кишечнику. Це означає, що клітини можуть взаємодіяти одна з одною так само, як і всередині людського тіла.
«Ці моделі стають усе більш досконалими, — каже Валієі. «Порівняно з тим, що було кілька років тому, тепер у нас є моделі, які можуть вмістити декілька типів клітин».
Чому це важливо: наркотики, хвороби та дисбактеріоз
Дослідники можуть проводити експерименти на моделях, які були б складними або неможливими на людях.
«Ці пристрої можуть бути особливо корисними на стадії висування гіпотез для тестування нових ліків і терапевтичних засобів», — каже Валієі.
Валієі та його колеги з лабораторії молекулярної клітинної біомеханіки Каліфорнійського університету в Берклі вивчають, як різні види бактерій взаємодіють у цих моделях кишкових мікросхем. Зокрема, вони досліджують, як певні шкідливі бактерії можуть утримуватися в кишечнику – явище, відоме як дисбактеріоз це пов’язано з рядом станів, таких як запальне захворювання кишечника (IBD), синдром подразненого кишечника (IBS), діабет, ожиріння, рак і проблеми з серцем.
Дослідники також використовують моделі кишки на чіпі для вивчення ЗЗК, колоректального раку та навіть впливу вірусів, таких як COVID-19, на роботу кишечника.
Щоб зрозуміти, як розвиваються хвороби, нам потрібно розбити речі на фундаментальні кроки, і моделі кишківника на чіпі можуть допомогти дослідникам зробити це, говорить Крістофер Чанг, доктор медичних наук, доктор філософії, гастроентеролог з Медичного центру Реймонда Г. Мерфі В.А. в Альбукерке, Нью-Мексико, та Університет Нью-Мексико. (Чанг не брав участі в дослідженні.)
«Ми можемо ідентифікувати буквально тисячі видів у кишечнику, і ми знаємо, у загальних рисах, які мікроби вважаються корисними, а які — некорисними», — каже він.
Але як окремі помилки вписуються в спільноту? І які комбінації призводять до здорового кишечника проти нездорового? Відповіді на ці питання залишаються незрозумілими.
«У нас є способи маніпулювати мікробіомом за допомогою різних антибіотиків, пробіотиків і трансплантації фекальної мікробіоти», — говорить Чанг. «Але ми повинні знати: чим ми повинні маніпулювати?»
Простір для вдосконалення
Частина кишечника, яка ще не відображена в моделях чіпів кишечника, — кишкова нервова система, або наш «другий мозок» — нейрони, вбудовані в шлунково-кишковий тракт, — говорить Чанг. Таким чином кишківник і мозок взаємодіють, і його дисфункція пов’язана з розладами кишечника, такими як СРК.
У людей із СРК може виникати біль, діарея або запор, навіть якщо їх кишкова тканина виглядає нормальною на біопсії. Моделі кишки на чіпі можуть бути менш корисними для розкриття інформації про ці розлади, хоча вони все одно можуть допомогти відповісти на фундаментальні запитання.
Зв’язок кишківник-мозок все ще з’ясовується, тож у міру розвитку науки дослідники можуть додати нові ідеї до майбутніх моделей кишківника на чіпі.
Моделі кишківника на чіпі можуть бути корисними й поза хворобами, каже Валієі. Будь-які ліки, які ви ковтаєте, проходять через ваш шлунково-кишковий тракт. Якщо дослідники зможуть використовувати моделі кишківника на чіпі, щоб з’ясувати, як саме ми перетравлюємо та засвоюємо ліки, вони зможуть уточнити, як ми використовуємо ці ліки.
На даний момент триває поштовх до широкого використання цієї технології. Через необхідність провести додаткові дослідження, удосконалити технологію та зібрати достатньо даних, щоб задовольнити регулятори, може пройти кілька років, поки цей вид «прецизійних» ліків стане достатньо точним, щоб справді персоналізувати його використання для пацієнтів. Але, за словами Валієя, це справді точне уявлення про те, що має відбутися.