Исследователи из Института биологической инженерии Висса при Гарвардском университете создали микроустройство "кишка на чипе", состоящее из живых человеческих клеток, которое имитирует структуру, физиологию и механику человеческого кишечника, даже поддерживая рост живых микробов в его просветном пространстве. В качестве более точной альтернативы традиционным клеточным культурам и животным моделям микроприбор может помочь исследователям по-новому взглянуть на кишечные расстройства, такие как болезнь Крона и язвенный колит, а также оценить безопасность и эффективность потенциальных методов лечения. Результаты исследования опубликованы онлайн в журнале Lab on a Chip.

Основываясь на прорывной технологии Института Висса "Орган на чипе", которая использует методы микропроизводства для создания имитаторов живых органов, gut-on-a-chip представляет собой кремниевое полимерное устройство размером с компьютерную карту памяти. Директор-основатель Висса, Дональд Ингбер, доктор медицинских наук, возглавлял исследовательскую группу, в которую входили постдокторант Хен Чжон Ким, доктор философии; научный сотрудник по разработке технологий Дэн Ху, доктор философии; и старший научный сотрудник Джеральдин Гамильтон, доктор философии. Ингбер также является профессором сосудистой биологии Джуды Фолкмана в Гарвардской медицинской школе и программы сосудистой биологии в детской больнице Бостона и профессором биоинженерии в Гарвардской школе инженерных и прикладных наук.

Новое устройство имитирует сложные 3D-характеристики кишечника в миниатюрной форме. Внутри центральной камеры на гибкой пористой мембране растет один слой эпителиальных клеток кишечника человека, воссоздающий кишечный барьер. Мембрана прикрепляется к боковым стенкам, которые растягиваются и откидываются с помощью прилагаемого вакуумного контроллера. Эта циклическая механическая деформация имитирует волнообразные перистальтические движения, которые перемещают пищу по пищеварительному тракту. Дизайн также повторяет интерфейс "ткань кишечника -ткань", который позволяет жидкостям течь выше и ниже слоя клеток кишечника, имитируя микроокружение просвета с одной стороны устройства и поток крови через капиллярные сосуды с другой.

Кроме того, исследователи смогли выращивать и поддерживать обычные кишечные микробы на поверхности культивируемых клеток кишечника, тем самым имитируя некоторые физиологические особенности, важные для понимания многих заболеваний. Эти объединенные возможности позволяют предположить, что "кишка на чипе" может стать ценным диагностическим инструментом in vitro для лучшего понимания причин и прогрессирования различных кишечных расстройств и помочь в разработке безопасных и эффективных новых терапевтических средств, а также пробиотиков. "Кишечник на чипе" также может быть использован для тестирования метаболизма и перорального всасывания лекарств и питательных веществ.

"Поскольку модели, наиболее часто доступные нам сегодня, не воспроизводят болезни человека, мы не можем полностью понять механизмы многих кишечных расстройств, а это означает, что лекарства и методы лечения, которые мы проверяем на животных моделях, часто оказываются неэффективными при тестировании на людях", - сказал Ингбер. "Таким образом, наличие более совершенных, более точных моделей заболеваний in vitro, таких как "кишечник на чипе", может значительно ускорить нашу способность разрабатывать эффективные новые лекарства, которые помогут людям, страдающим от этих расстройств".

"Кишка на чипе" представляет собой самое последнее достижение в портфолио инженерных моделей органов Института Висса. О технологии платформы впервые сообщалось в журнале Science в июне 2010 года, где было описано живое, дышащее человеческое легкое на чипе. В том же году Wyss получил финансирование от Национальных институтов здравоохранения и Управления по контролю за продуктами и лекарствами США на разработку микромашины "сердце-легкие" для проверки безопасности и эффективности ингаляционных лекарств на комплексной функции сердца и легких. В сентябре 2011 года Wyss получил четырехлетний грант от Агентства перспективных исследовательских проектов в области обороны на разработку селезенки на чипе для лечения сепсиса, обычно смертельной инфекции кровотока.