Skip to main content

Development of an innovative Airway-on-Chip microbiome cell culture model to investigate host-microbiome interactions at the airway epithelial surface

Article Category

Article available in the folowing languages:

Mikroorganizmy płucne w modelu chipowym pomogą w wyjaśnieniu walki pomiędzy mikroflorą a gospodarzem w przewlekłych chorobach układu oddechowego

Ostatnie badania pokazują, że mikroflora dróg oddechowych u pacjentów z astmą i przewlekłą obturacyjną chorobą płuc (POChP) różni się bardzo od mikroflory pacjentów nie cierpiących na żadną przewlekłą chorobę układu oddechowego.

Zdrowie

Problemem, przed którym stoją naukowcy i lekarze, jest brak wiedzy na temat tego, czy i w jaki sposób zmiany w składzie mikroflory płuc przyczyniają się do podatności na zakażenie układu oddechowego, a także do progresji astmy i POChP. W płucach myszy zmiany prowadzą do zapalenia dróg oddechowych i niewydolności oddechowej, ale nadal nie jest jasne, co powoduje te zmiany i w jaki sposób zwiększają one predyspozycje do zakażenia i uszkodzenia płuc. Potrzeba zrozumienia tego związku ma kluczowe znaczenie, ponieważ obecne metody leczenia chorych na astmę i POChP ograniczają się do łagodzenia objawów i zapobiegania progresji choroby. Niestety, takie podejście utrudnia duża liczba pacjentów, u których występuje oporność na leczenie kortykosteroidami.

Drogi oddechowe na chipie rozwiązaniem problemu

„Naszymi głównymi celami było opracowanie modelu mikroflory ludzkich płuc na chipie oraz zbadanie interakcji gospodarz–mikroflora w płucach”, opisuje Pieter Hiemstra, koordynator finansowanego ze środków UE projektu EpiCBiome oraz profesor biologii komórek oddechowych i immunologii w Centrum Medycznym Uniwersytetu w Lejdzie. Naukowcy skupili swoją uwagę na roli peptydów i białek obronnych w organizmie gospodarza w kontekście astmy i POChP. Badacze pracujący w ramach projektu EpiCBiome z powodzeniem zastosowali w swoim laboratorium technologię narządów na chipie i zoptymalizowali modele „płuc na chipie” i „pęcherzyków płucnych na chipie” przy użyciu komórek z laboratorium Hiemstry. Badanie przeprowadzono dzięki wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”. „Nauka tego, jak pracować z platformą narządów na chipie naszego partnera, firmy Emulate, było ekscytującym doświadczeniem”, wspomina Hiemstra. „A szkolenie stypendystki działania Anne van der Does w firmie Emulate okazało się bardzo wartościowe”. Ponadto w okresie objętym dotacją zespół zoptymalizował bardziej uproszczony system wspólnej hodowli mikroflory nabłonka płuc Transwell. Zespół badał również, w jaki sposób przemodelowanie nabłonka dróg oddechowych wpływa na ładunek mikrobiologiczny złożonej mieszanki mikroorganizmów.

Problemy, jakie stwarzają mikroorganizmy

„Największym problemem, jaki musieliśmy pokonać, było uzyskanie złożonej mieszanki mikroorganizmów, która jest reprezentatywna dla stabilnej mikroflory, jaką moglibyśmy zastosować do hodowli komórkowych”, wyjaśnia Hiemstra. Trudność ta pozostawała ograniczeniem przez cały czas trwania projektu, a w laboratorium wciąż prowadzone są prace nad poprawą tego stanu rzeczy. Innym problemem jest fakt, że liczba mikroorganizmów w płucach jest naprawdę niska i próby odtworzenia tego poziomu w warunkach in vitro stwarzają wyzwania związane z wiarygodnością odczytów. „W związku z tym w ramach projektu skupiliśmy się bardziej na reakcji nabłonka niż na składzie mikroflory”, podsumowuje Hiemstra. Ostatnim wyzwaniem było przeniesienie modelu „płuc na chipie” do holenderskiego laboratorium i optymalizacja warunków hodowli komórek w celu zapewnienia niezawodności i solidności modelu, co zajęło więcej czasu, niż przewidywano.

Przyszłość zastosowań układu oddechowego na chipie

Zespół badawczy będzie kontynuował włączanie mikroorganizmów do hodowli, zwłaszcza na chipie, ponieważ prace nie osiągnęły jeszcze tego etapu. Wiąże się to z planami rozszerzenia badań poprzez włączenie do nich raka płuc. „Eksperymenty przy użyciu systemu Transwell dostarczyły nam cennych informacji na temat tego, jak przemodelowanie może wpłynąć na mikroflorę płuc i to właśnie będzie głównym celem naszych przyszłych badań”. Anne van der Does ugruntowała swoją pozycję jako niezależnego naukowca w wydziale, a ostatnio uzyskała pierwszy duży grant, który bazuje na wprowadzeniu „płuc na chipie” do laboratorium Hiemstry. Wartość wykonanej pracy podsumowuje on w następujących słowach: „Projekt ten odegrał zasadniczą rolę w rozwoju kariery zawodowej Anne van der Does, a także zaowocował wprowadzeniem do naszego laboratorium bardzo wartościowej metody”.

Słowa kluczowe

EpiCBiome, płuco, chip, mikrobiom, mikroflora, POChP, hodowla, choroba układu oddechowego

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania