Построен кишечник человека на чипе

Крохотный полуживой аппарат призван значительно ускорить биомедицинские исследования. С его помощью учёные намерены моделировать различные кишечные расстройства и проверять действие экспериментальных лекарств.

По размеру новый аппарат сопоставим с флэшкой. Красные и синие жидкости, прокачиваемые через этот чип, позволяют визуализировать работу двух его основных микроканалов (фото Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering).

Специалисты из института бионики Вайса создали устройство, которое в миниатюре воспроизводит структуру, физиологию и механику человеческого кишечника, в том числе – рост нормальной микрофлоры внутри него.

В центральной камере чипа на гибкой пористой мембране исследователи разместили внеклеточный матрикс и вырастили один слой эпителиальных клеток кишечника человека. Они смоделировали кишечный барьер.

Данная мембрана была закреплена на боковой стенке, способной растягиваться и сжиматься с помощью подключённого вакуумного насоса. Такая циклическая деформация имитировала волнообразные перистальтические движения, которые перемещают пищу по желудочно-кишечному тракту. В данных условиях, сообщают авторы работы, эпителий создал плотный барьер с крохотными складками, напоминающими таковые в настоящем кишечнике.

На поверхности культивированных клеток биологам также удалось вырастить бактерии, типичные для кишечного тракта человека. Причём опыты показали, что эти бактерии, как и в настоящем кишечнике, влияют на работу органа. И эти микробы смогли оставаться в чипе больше недели без всякого вреда для себя или человеческих клеток.

Наконец, новая схема воспроизвела интерфейс между разными тканями кишечника, позволяющий двум разным жидкостям независимо протекать выше и ниже слоя клеток. Так была сымитирована рабочая среда на одной стороне кишечной стенки и поток крови, бегущий через капилляры — на другой.

Клеточная культура внутри чипа довольно точно воспроизводит структуру стенок кишечника (иллюстрация Hyun Jung Kim, Dongeun Huh, Geraldine Hamilton, Donald E. Ingber).

По мнению разработчиков, новый прибор является более точной альтернативой нынешним лабораторным методам имитации кишечника – клеточным культурам в чашках Петри или животным-моделям.

Кишечник на чипе поможет смоделировать многие аспекты метаболизма в такой сложной системе, различные отклонения в работе органа, а также поможет проверить токсичность или действенность тех или иных препаратов, их динамику.

Добавим, что полимерный и отчасти живой мини-кишечник создан в рамках более крупного институтского проекта под названием «Орган на чипе». Его первенцем были лёгкие на чипе, представленные в 2010 году.

Сейчас же в разработке института Вайса находятся комбинированная микромашина «сердце — лёгкие» и селезёнка на чипе, передаёт Gizmag. Ну а детали строения нынешнего прибора можно найти статье в журнале Lab on a Chip.