Электронный микрокишечник человека

Ученые из Института биотехнологической инженерии Вайса в Гарвардском университете создали миниатюрное электронное устройство кишечника, которое оснащено живыми человеческими клетками, мимикрирующими структуру, физиологию и механику кишечника человека, вплоть до поддержки роста кишечной микрофлоры. Новое изобретение – более точная альтернатива традиционным клеточным культурам и животным моделям. Микроустройство поможет исследователям по-новому взглянуть на кишечные расстройства, такие как болезнь Крона и язвенные колиты, а также оценить безопасность и эффективность потенциального лечения. Результаты трудов изобретателей появились онлайн в журнале Lab on a Chip. 

Маленькое устройство сконструировано на основе прорывной технологии Института Вайса «Органы на чипе», которая использует микропроизводственную технику для создания симуляций живых органов. Кишечный чип представляет собой устройство из силиконового полимера размером с компьютерную USB-флешку. Команду разработчиков возглавлял Долальд Ингберг, учредительный директор Института Вайса, доктор медицины и философии. 

Устройство симулирует сложные трехмерные характеристики кишечника в миниатюрной форме. Внутри центрального отсека размещен слой живых эпителиальных клеток кишечника человека на гибкой пористой мембране, воссоздающей кишечный барьер. Мембрана прикрепляется к боковым стенкам, которые растягиваются и скручиваются с помощью вакуумного контроллера. Эта циклическая механическая деформация повторяет волнообразные перистальтические движения, которые продвигают пищу вдоль пищеварительного тракта. Конструкция также дублирует кишечную модель взаимодействия тканей, которая позволяет жидкостям течь выше и ниже слоя живых клеток, что позволяет симулировать микросреду полости кишечника на одной стороне и кровяной поток через капиллярные сосуды на другой стороне. 

В дополнение ученым удалось вырастить и стабильно удержать культуру кишечных микроорганизмов на поверхности клеток эпителия в устройстве, повторив некоторые из физиологических особенностей человеческого организма, необходимых для понимания многих болезней. Благодаря этим особенности микрокишечник на чипе обладает потенциалом, чтобы стать ценным диагностическим инструментом in vitro для понимания причин и разработки методов лечения болезней в животе, а также тестирования пробиотиков. Устройство также можно использовать для проверки метаболизма и оральной абсорбции лекарственных препаратов и питательных веществ. 

«Поскольку большинство моделей, доступных на сегодняшний день, не воссоздают болезни человека, мы не можем полностью понять механизмы некоторых кишечных расстройств. Это означает, что лекарственные препараты и методы лечения, которые мы тестируем на животных моделях, часто заканчиваются неудачей при переносе на человека», - говорит Ингберг. – «Лучшие и более точные модели, наподобие нашего кишечника на чипе, могут значительно ускорить нашу способность разработать эффективные лекарства для лечения расстройств ЖКТ». 

Кишечник на чипе стал очередным успехом новой технологии микроорганов Института Вайса. Впервые об этой концепции услышали в июне 2010 года, когда были создана модель живых дышащих легких человека на чипе. А в сентябре 2011 разработчики получили заказ на создание модели сердце-легкие. Военные уже предоставили грант на разработку микромодели селезенки для изучения механизма сепсиса, служащей основной причиной смертей при ранениях. 

28522