用于模拟人体肠道微生物的新工具



几千株细菌生活在人体肠道。其中的一些与疾病相关,而另一些则对人体健康有益的影响。搞清楚这些细菌的确切作用是很困难的,因为很多人不能在实验室研究中使用人体组织生长。

这种困难尤其明显的是不能生活在富氧环境的物种。然而,现在ag真人平台的生物与机械工程师设计,使他们能够在组织中复制结肠的衬里,使他们能够进行长达四天生存成长的氧气不耐受的细菌的专用设备。

“我们认为这是非常重要的贡献一个工具,可以用来对这种极端情况下的社会,”琳达·格里菲斯,教学创新的工程学教授在生物工程的ag真人平台的部门,学校说。 “我们发现,你可以种植这些非常挑剔的生物,我们能够研究它们对人结肠癌的作用。”

ag真人平台的生物与机械工程师设计,使他们能够在组织中复制结肠的衬里增长氧气不耐受的细菌的专用设备。 F。 prausnitzii菌(蓝色,在图像的顶部)生长上述人体粘膜屏障的细胞(绿色和蓝色)的一个层。 图片:建波张。背景由ag真人平台的新闻编辑。

使用这个系统,研究人员发现,他们可以被称为生长的细菌菌株 faecalibacterium prausnitzii,其中生活在人体肠道和防止发炎。他们还发现,这些细菌,这往往是减少患者的克罗恩病,出现通过一个名为丁脂肪酸的释放,发挥他们的许多保护作用。

格里菲斯和大卫trumper,机械工程的ag真人平台教授,​​是研究,今天出现在杂志的资深作者 MED。ag真人平台博士后张建波和Yu-JA煌是本文的主要作者。

氧灵敏度

人体肠道内的微生物复杂环境难以用动物,如小鼠,部分原因是老鼠吃了从人类一个非常不同的饮食建模,格里菲斯说。

“我们已经学会了从老鼠等动物模型,数额巨大,但也有很大的分歧,尤其是当它涉及到肠道微生物,”她说。

大多数生活在人体肠道细菌是厌氧的,这意味着它们并不需要氧气才能存活。一些细菌可以容忍低水平的氧气,而另一些,如 F。 prausnitzii,就无法生存的氧气接触,这使得它很难研究他们在实验室。一些研究人员设计,使他们能够培养人类结肠细胞与容忍低水平的氧气的细菌沿着设备,但这些不用于正常工作 F。 prausnitzii 和其他高度氧不耐微生物。

要克服这一点,MIT的研究小组设计了一个装置,使他们能够准确地在系统的每个部分控制氧气浓度水平。他们的装置包含涂覆有细胞从结肠的人粘膜屏障的通道。这些细胞下方,营养物质被泵入,以保持细胞存活。该底部层是富氧的,但氧浓度朝向粘膜细胞层的顶部减小,类似于在人类结肠的内部会发生什么。

就像他们在人结肠做,在通道中的屏障细胞分泌粘液的致密层。 MIT的研究小组发现, F。 prausnitzii 可以形成细胞的云在该粘液的外层和存活有多达四个天,在该被保持无氧通过在它流动的流体的环境。这种液体也包含了微生物的营养物质。

使用这个系统,研究人员能够证明 F。 prausnitzii 确实参与炎症影响细胞的途径。他们观察到,细菌产生的短链脂肪酸称为丁酸盐,先前已经证明,以减少炎症。后丁水平上升,粘膜细胞显示出一个名为NFκB的通路的活性降低。本次减持镇定炎症。

“总体来说,这个途径已经减少,这实在是类似于人们在人类中所看到的,”张说。 “似乎细菌脱敏的哺乳动物细胞不反应过度到外部环境的危险,所以炎症状态正在平静下来的细菌。”

例克罗恩病往往已经降低的水平 F。 prausnitzii,而缺乏这些细菌的假设有助于在这些患者中见到的过度活跃的炎症。

当研究人员将丁到系统中,没有细菌,它并没有产生的所有影响,他们认为当细菌存在。这表明一些细菌的作用可能通过其他机制,研究人员希望进一步研究来施加。

微生物和疾病

研究人员还打算使用他们的系统学习,当他们加入其他物种被认为在克罗恩病作用的细菌会发生什么,试图进一步探讨各品种的影响。

他们还计划研究,以便阿莱西奥·法萨诺,消化内科儿科和营养的马萨诸塞州总医院的部门主管的工作,从患者增长粘膜组织有腹腔疾病和其他胃肠道疾病。然后该组织可以被用来研究在不同的遗传背景的细胞微生物诱导的炎症。

“我们都希望得到新的数据,将显示微生物与宿主的遗传背景,炎症是如何工作的,看看是否有可能是谁拥有遗传易感性有微生物与粘膜屏障稍微超过干扰人其他人,”格里菲斯说。

她还希望利用该装置来研究其他类型的粘膜屏障,包括那些女性生殖道,如子宫颈和子宫内膜。

这项研究是由美国资助健康,勃林格殷格翰闪耀程序和环境健康科学研究所的国家机构。