Kulturális forradalom a bél tanulmányozásában

A tanulmányukat az amerikai Tudományos Akadémia lapjában megjelentető kutatók tanulmánya szerint először is a gyulladásos bélbetegségek és az ileusz újfajta terápiái előtt nyílhat meg az út (Hyun Jung Kim és munkatársai: Contributions of microbiome and mechanical deformation to intestinal bacterial overgrowth and inflammation in a human gut-on-a-chip; Proceedings of the National Academy of Sciences).

A gyulladásos bélbetegségek során nagy szerepet játszik a szervezet abnormális immunválasza is, de a bél-mikrobiom, az epiteliális sejtek és a bélperisztaltika ritmusos mozgásai is közreműködnek a tünetek súlyosságának alakulásában. Mivel a kutatók eddig nem tudtak olyan laboratóriumi mikrokörnyezetet kifejleszteni, amelyik megfelelően modellezte volna az emberi belet, nem igazán sikerült a gyulladásos bélbetegségekre hatékony terápiát kifejleszteni, mondja nyilatkozatában Donald Ingber, a Harvard Egyetem Biologically Inspired Engineering tanszékének alapító igazgatója, a tanulmány utolsó szerzője. A most kifejlesztett technológia segítségével a Harvard kutatói az emberi bél gyulladásának olyan modelljét állították elő, aminek révén a bélgyulladás és az epiteliális sejtek növekedésének baktériumok általi elnyomása chipen tanulmányozható. A bél-a-chipen technológia révén elemezhetővé vált, hogy hogyan befolyásolja az immunválaszt a normál bél-mikrobióta és a patogén baktériumok kölcsönhatása, és az IBD keletkezési körülményei az emberi bél fiziológiáját reprodukáló körülmények között tanulmányozhatók.

Mint Hyun Jung Kim, a tanulmány vezető szerzője kifejti, mindez ideig nem voltunk képesek tanulmányozni, hogy a különböző tényezők – a bél-mikrobióta, a bél epitelsejtjei és az immunrendszer – miféle abnormális interakciója vezet el a gyulladásos bélbetegségek kialakulásához, a bél-a-chipen technológia viszont egy kisméretű, ellenőrizhető és kontrollálható in vitro platformot jelent: a flexibilis műanyagból épített, memóriakártya méretű, üreges járatú mikrofluid berendezés kiválóan szimulálja az emberi bél fizikai strukturáját, mikrokörnyezetét, a perisztaltika hullámmozgásait és a folyadékáramlást. A Harvard biomérnökei által kifejlesztett technológia azért is áttörést jelent, mert az eddigi módszerekkel – még az igen modern organoid kulturákkal is – mindössze egy-két napig sikerült a különböző modellrendszerekben in vitro életben tartani a normál bél-mikrobiom baktériumait, azonban a bél-a-chipen technológia biztosítja, hogy legalább két hétig életben maradjanak, így a betegségek kialakulása folyamatában tanulmányozható. A rendszerhez továbbá vaszkuláris és limphatikus endotélsejtek is adhatók, így a különböző bélbetegségek specifikus modelljei hozhatók létre, és jobban megérthetővé válnak a komplex patofiziológiai folyamatok. A kutatók szerint a modell egyik első felhasználási módja az lesz, hogy megnézzék, hogyan befolyáslják a különböző antibiotikumok a bélflórát. A módszer révén annak megértéséhez is közelebb kerülhetünk, hogy a mikrobiom különböző fajai hogyan működnek közre egészségünk fenntartásában.

A bél-a-chipen technológia kifejlesztői már gyakorlati eredményt is elkönyvelhetnek: sikerült megfejleni, hogy az epitelsejtek által termelt, eddig ismeretlen négyféle citokin hogyan működik közre a bélboholy gyulladásának kialakításában. A citokinek gátlása révén a remények szerint az IBD egy új terápiás módszere fog megszületni. A Harvard kutatói továbbá azt is tanulmányozták, hogy a perisztaltikus mozgás és a folyadékáramlás hogyan befolyásolja a patogén baktériumok szaporodását, az így szerzett információk segíthetnek az ileuszban szenvedők hatékonyabb terápiájának kifejlesztésében.

A precíziós medicina is nagy lépést tett előre a módszer révén: a remények szerint nincs messze az idő, amikor az egyes páciensek bélsejtjeit és a bélmikrobiom baktériumait együtt fogják tenyészteni személyre szabott chipeken, és azokon tesztelik majd a különböző terápiás módszerek adott egyénre gyakorolt hatását. A kutatók rámutatnak: eddig a mikrobiomot és annak az egészségre gyakorolt hatását főleg gén-expressziós vizsgálatok révén tudtuk tanulmányozni, mostantól arra is képesek vagyunk, hogy in vitro kísérletek révén sokkal mélyebben tekintsük át a baktériumok és az emberi sejtek interakcióját.