Новый чип, который содержит различные типы клеток в крошечных взаимосвязанных камерах, может позволить ученым лучше понять физиологические и патологические взаимодействия между органами. Платформа интегрированной кишки и печени на чипе (iGLC) была разработана учеными из Института интегрированных наук о клеточных материалах Киотского университета (iCeMS) для улучшения понимания неалкогольной жировой болезни печени (НАЖБП). Исследователи вместе с коллегами из Японии опубликовали свои выводы в журнале Communications Biology.
«НАЖБП поражает значительный процент населения, но эффективные методы лечения не установлены», — объясняет биоинженер iCeMS Кенитиро Камеи, который руководил исследованием. Это связано с тем, что НАЖБП представляет собой сложное состояние, включающее широкий спектр взаимодействий внутри и между кишечником и печенью, известных как ось кишечник-печень. Очень сложно смоделировать эти взаимодействия с помощью животных, таких как мыши, из-за множества различий между видами.
НАЖБП включает накопление жира внутри печени, которое может стать тяжелым. В настоящее время единственным способом лечения тяжелых случаев является трансплантация печени. Ученым нужны более эффективные подходы к изучению состояния, чтобы иметь возможность находить улучшенные варианты лечения.
Это не первый раз, когда ученые разрабатывают платформы «орган-на-чипе» и не первая платформа «кишечник-печень», но предыдущие устройства были несовершенными. Платформа, разработанная Камеем и его коллегами, решает некоторые, но не все проблемы предыдущих попыток.
Ученые протестировали свою платформу iGLC, поместив клетки линии клеток рака печени и линии клеток рака кишечника в отдельные камеры. Камеры соединены крошечными жидкостными каналами со стратегически расположенными клапанами, которые можно открывать и закрывать. Платформа также включает в себя насос для проталкивания жидкости между камерами. Они позволяют жидкой среде проходить через обе камеры, сохраняя при этом отдельные клетки, имитируя кровообращение между кишечником и печенью в организме человека. Это также позволяет ученым вводить в платформу новые вещества, например, свободные жирные кислоты, чтобы проверить их влияние на два взаимодействующих «органа».
Важно отметить, что платформа изготовлена из силиконового материала, называемого полидиметилсилоксаном (ПДМС), который покрыт двумя другими веществами: одно предотвращает поглощение чипом молекул жира, что может повлиять на эксперименты, а другое увеличивает рост клеток .
Значительные изменения в экспрессии генов наблюдались в клетках кишечника и печени , культивируемых на платформе iGLC, по сравнению с теми же клетками, культивируемыми отдельно. Ученые также зафиксировали специфические изменения, происходящие в клетках при введении свободных жирных кислот в течение одного или семи дней. Один день свободных жирных кислот привел к инициированию повреждения ДНК внутри клеток. Семь дней циркулирующих свободных жирных кислот привели к их накоплению в клетках до такой степени, что повреждение ДНК привело к гибели клеток , подобно тяжелым случаям НАЖБП.
Платформа не принимает во внимание влияние кишечных микробов или других факторов на ось кишечник-печень. В экспериментах также использовались линии раковых клеток , которые не представляют всего разнообразия или функциональности клеток в живых тканях человека , но платформа является значительным шагом вперед.
«В дальнейшем мы планируем использовать органоиды печени и кишечника, полученные из стволовых клеток человека, чтобы мы могли исследовать НАЖБП в точно контролируемых условиях, которые более точно имитируют физиологические условия пациентов», — говорит исследователь iCeMS в области машиностроения Йошикадзу Хираи, соответствующий автор исследования.
Теги: имплант, киборг, кишечник, ожирение, печень, чип
