Organi na čipu za modeliranje kompliciranih bolesti

Bioinženjeri sveučilišta MIT razvili su model multitkiva koji omogućuje proučavanje povezanosti između različitih organa i imunog sustava na specijaliziranoj mikrofluidnoj platformi prekrivenoj ljudskim stanicama.

Korištenjem tog modela koji još nazivaju i "organi-na-čipu", istraživači su došli u mogućnost istraživanja uloge cirkulirajućih imunoloških stanica u ulceroznom kolitisu i drugim upalnim bolestima. Otkrili su i da metabolički nusprodukt koji stvaraju bakterije koje žive u ljudskom crijevu igra važnu ulogu u tim upalnim stanjima. 

"Pokazali smo da sada možete početi napadati neke kronične upalne bolesti dizajnirajući eksperimente na tim organima na čipu", kaže Linda Griffith, profesorica biološkog i strojarskog inženjerstva i starija autorica studije i dodaje kako bi ovo moglo omogućiti i proučavanje drugih, još kompleksnijih bolesti.

Ova istraživanja na MIT-u su započela još proje 20 godina, kada je njezin laboratorij počeo raditi na modelu ljudske jetre poznatom kao "jetreni čip". Taj sustav koji se sastojao oko modificiranog tkiva ljudske jetre na specijalnom podlošku, može se koristiti za testiranje toksičnosti lijekova.

Prije dvije godine, profesorica Griffith je objavila kako radi na platformi koja se može istovremeno koristiti za modeliranje interakcija između 10 organa. 

U novom istraživanju ona i njezini kolege krenuli su modelirati interakciju između dva organa, debelog crijeva i jetre. Također su željeli proučiti kako imunološki sustav, posebno T stanice, utječu na te organe. Već je poznato da do 80 posto pacijenata s kroničnom autoimunom bolešću jetre koja se zove primarni sklerozirajući kolangitis također pati od upalne bolesti crijeva (IBD), a, pacijenti s IBD-om imaju mnogo veće šanse za razvoj autoimunih poremećaja jetre.

Novi sustav sadrži stanice debelog crijeva uzete od pacijenata s ulceroznim kolitisom, zajedno sa zdravim stanicama jetre. Istraživači su otkrili da se, kada su ta tkiva spojena, njihovo fiziološko ponašanje potpuno promijenilo u odnosu na izolirano. Upala u ulceroznom kolitisu tkiva crijeva se smanjila kada je tkivo bilo izloženo zdravim stanicama jetre. Istodobno, geni i stanični putevi koji su uključeni u metabolizam i imunološku funkciju postali su aktivniji u oba organa.

Potom su istraživači u sustav dodali dvije vrste T stanica: CD4 + T regulatorne stanice koje suzbijaju druge imunološke stanice i TH17 stanice koje potiču upalu. Dodavanjem ovih T stanica u interakciju crijeva i jetre brzo se povećala upala i ponovno su stvorena određena obilježja IBD-a i autoimunih bolesti jetre.

Konačno, istraživači su odlučili istražiti potencijalnu ulogu molekula zvanih masne kiseline kratkog lanca (SCFA) u upalnoj bolesti. Te molekule proizvode mikrobi u ljudskom crijevu dok se hrane neprobavljenim vlaknima. SCFA, koji uključuju butirat, propionat i acetat, proizvode se u velikim količinama i čine oko 10 posto naših dnevnih potreba za energijom.

Nova studija MIT otkrila je da dodavanje SCFAs modelu ulceroznog kolitisa značajno pogoršava upalu u cijeloj jetri i crijevima, ali samo ako su T stanice već prisutne.

Profesoričin laboratorij sada radi na korištenju MPS sustava (sitne replike mnogih međusobno povezanih organa, poznatih i pod nazivom mikrofiziološki sustavi) za istraživanje povezanosti SCFA i Parkinsonove bolesti. Istraživači također planiraju proučavati i druge složene bolesti u nadi da će njihovi rezultati pomoći u razvoju novih načina liječenja poremećaja koje je trenutno teško liječiti.

Znanstvena studija je objavljena u časopisu Cell Systems na ovoj poveznici: https://www.cell.com/cell-systems/fulltext/S2405-4712(20)30078-8

Izvor: MIT