Hệ vi sinh vật đường ruột trên một con chip

Ruột là một trong những cơ quan phức tạp nhất trong cơ thể. Bên trong, nó chứa đầy quần thể vi sinh vật đa dạng tương tác và hợp tác với các tế bào ruột để tiêu hóa thức ăn và thuốc. Sự gián đoạn trong hệ vi sinh vật này có mối liên hệ chặt chẽ với nhiều loại bệnh, chẳng hạn như bệnh viêm ruột, béo phì, hen suyễn và thậm chí cả rối loạn tâm lý và hành vi.

Do đó, các mô hình hợp lệ của ruột vô cùng hữu ích để hiểu chức năng của nó và các bệnh liên quan. Trong APL Bioengineering, của AIP Publishing, các nhà nghiên cứu từ Đại học California, Berkeley và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley đã mô tả cách các thiết bị ruột trên chip có thể kết nối các mô hình phòng thí nghiệm và sinh học con người.

Các thiết bị organ-on-a-chip là những mô hình thu nhỏ của các cơ quan con người. Chúng chứa các vi kênh nhỏ nơi các tế bào và mô nuôi cấy tương tác với các chất dinh dưỡng được kiểm soát chính xác. Điều chỉnh môi trường của tế bào theo cách như vậy là rất quan trọng để tạo ra các mô hình mô thực tế.

Việc sử dụng các mô hình này sẽ tránh được những thách thức về thời gian và chi phí của các thử nghiệm lâm sàng cũng như các vấn đề đạo đức đằng sau thử nghiệm trên động vật.

Tác giả Amin Valiei cho biết: “Nghiên cứu y học hiện đang phải đối mặt với những rào cản lớn, cả về hiểu biết khoa học cơ bản điều chỉnh chức năng của các cơ quan con người cũng như nghiên cứu và phát triển các loại thuốc và phương pháp điều trị mới”. "Việc tiếp cận các mô hình cơ quan hợp lệ của con người có thể được nghiên cứu thuận tiện trong phòng thí nghiệm có thể thúc đẩy đáng kể các khám phá khoa học và sự phát triển của các loại thuốc mới."

Việc lập mô hình hệ vi sinh vật đặc biệt khó khăn do điều kiện môi trường độc đáo của nó. Thông qua thiết kế sáng tạo, các thiết bị ruột trên chip có thể mô phỏng nhiều đặc tính này, chẳng hạn như bầu không khí yếm khí của ruột, dòng chất lỏng và các xung co/giãn. Các tế bào ruột đang phát triển trong môi trường này có nghĩa là chúng gần giống với đặc điểm sinh học của con người hơn so với nuôi cấy tế bào tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm.

Valiei cho biết: “Các mô hình ruột trên chip gần đây đã chứng minh thành công trong việc duy trì khả năng nuôi cấy tế bào ruột của con người và hệ vi sinh vật trong một vài ngày và thậm chí lên đến vài tuần”. "Điều này mở ra những cách mới để phân tích hệ vi sinh vật trong các điều kiện liên quan đến sinh học."

Các tác giả nêu bật các thiết bị ruột trên chip quan trọng và thành công của chúng trong việc mô phỏng sinh học tế bào của vi khuẩn và con người. Họ cũng mô tả các mô hình bệnh hiện tại và nghiên cứu thuốc sử dụng công nghệ này.

Valiei cho biết: “Các khả năng độc đáo của nó khiến cơ quan trên một con chip phù hợp với nhiều cuộc điều tra nghiên cứu trong tương lai.

Nhóm hiện đang điều tra chứng rối loạn vi khuẩn, sự mất cân bằng trong cộng đồng vi khuẩn đường ruột với những hậu quả nghiêm trọng đối với sức khỏe. Họ nhằm mục đích tìm ra những cách sáng tạo để chẩn đoán, giảm thiểu và điều trị tình trạng này.

Nguồn Viện Vật lý Mỹ.