Το έντερο είναι ένα από τα πιο πολύπλοκα όργανα του ανθρώπινου σώματος. Στο εσωτερικό του φιλοξενεί έναν ποικίλο μικροβιακό πληθυσμό που αλληλεπιδρά και συνεργάζεται με τα εντερικά κύτταρα για την πέψη των τροφίμων και των φαρμάκων.
Οι διαταραχές σε αυτό το μικροβίωμα συσχετίζονται με ένα ευρύ φάσμα ασθενειών, όπως είναι η φλεγμονώδης νόσος του εντέρου, η παχυσαρκία, το άσθμα, ακόμη και με ψυχολογικές και συμπεριφορικές διαταραχές. Η μοντελοποίηση του εντέρου είναι επομένως εξαιρετικά χρήσιμη για την κατανόηση της λειτουργίας του και των συναφών παθήσεων. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο
της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ και από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley περιέγραψαν στο APL Bioengineering, το πώς οι διατάξεις του εντέρου σε ένα τσιπ μπορούν να γεφυρώσουν τα εργαστηριακά μοντέλα με την ανθρώπινη βιολογία.
Οι συσκευές Organ-on-a-chip είναι πολύ διαδεδομένες. Οι μικρο-ψηφίδες (μικροτσιπ) που διαθέτουν κανάλια/ θαλάμους της τάξης 1 μικρομέτρου μέχρι μερικών χιλιοστών για μεταφορά υγρών/ διαλυμάτων, προσφέρουν τη δυνατότητα μικροσκοπικής αναδημιουργίας ανθρώπινων οργανοειδών (μίνι οργάνων μεγέθους 1-3 χιλιοστών συνήθως). Μικροσκοπικές εκδοχές ήπατος, πνευμόνων, νεφρών και άλλων ζωτικών οργάνων κατασκευάζονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να αναπαράγουν ορισμένες από τις βασικές λειτουργίες των ανθρώπινων ομολόγων τους, όπως για παράδειγμα, τις
αναπνευστικές κινήσεις ή τις μυϊκές συσπάσεις κυττάρων.
Οι μικρο-ψηφίδες μπορούν επίσης να διασυνδέουν δύο, τρία ή και τέσσερα οργανοειδή και, μετά τη διοχέτευση σε αυτές φαρμάκων δοκιμαστικά, να επιτρέπουν στους επιστήμονες να παρατηρούν
τον τρόπο που οι ουσίες αλληλεπιδρούν με αυτά τα μιμητικά ανθρώπινα όργανα. Η χρήση αυτών των μοντέλων αποφεύγει τις χρονοβόρες και δαπανηρές προκλήσεις των κλινικών δοκιμών και τα ηθικά ζητήματα πίσω από τις δοκιμές σε ζώα. «Η ιατρική έρευνα αντιμετωπίζει σήμερα μεγάλα εμπόδια, τόσο αναφορικά με την κατανόηση της βασικής επιστήμης που διέπει τη λειτουργία των ανθρώπινων
οργάνων όσο και με την έρευνα και ανάπτυξη νέων φαρμάκων και θεραπευτικών μεθόδων», δηλώνει ο συγγραφέας της μελέτης Amin Valiei. «Η πρόσβαση σε έγκυρα μοντέλα ανθρώπινων οργάνων που μπορούν να μελετηθούν εύκολα στο εργαστήριο μπορεί να επιταχύνει σημαντικά τις επιστημονικές ανακαλύψεις και την ανάπτυξη νέων φαρμάκων».
Η μοντελοποίηση του μικροβιώματος είναι ιδιαίτερα δύσκολη λόγω των μοναδικών περιβαλλοντικών συνθηκών του. Μέσω δημιουργικού σχεδιασμού, οι διατάξεις εντέρου σε τσιπ μπορούν να προσομοιώσουν πολλές από αυτές τις ιδιότητες, όπως το αναερόβιο περιβάλλον του εντέρου, τη ροή υγρού και τους παλμούς συστολής/χαλάρωσης. Η ανάπτυξη εντερικών κυττάρων σε τσιπ πλησιάζει πολύ την ανθρώπινη βιολογία σε σύγκριση με τις τυπικές εργαστηριακές κυτταροκαλλιέργειες. «Πρόσφατα μοντέλα εντέρου σε τσιπ έδειξαν επιτυχία στη διατήρηση μιας βιώσιμης συγκαλλιέργειας ανθρώπινων εντερικών κυττάρων και του μικροβιώματος για λίγες ημέρες και ακόμη και για εβδομάδες», λέει ο Valiei. «Αυτό ανοίγει νέους τρόπους ανάλυσης του μικροβιώματος υπό βιολογικά σχετικές συνθήκες».
Οι συγγραφείς υπογραμμίζουν τις βασικές διατάξεις εντέρου σε ένα τσιπ και την επιτυχία τους στην προσομοίωση της μικροβιακής και ανθρώπινης κυτταρικής βιολογίας. Περιγράφουν επίσης τρέχοντα μοντέλα ασθενειών και μελέτες φαρμάκων που χρησιμοποιούν την τεχνολογία.
«Οι μοναδικές δυνατότητές του organ-on-a-chip το καθιστούν κατάλληλο για πολλές ερευνητικές μελέτες στο μέλλον», καταλήγει ο Valiei.
Η ομάδα μελετά επί του παρόντος την εντερική δυσβίωση, μια ανισορροπία στη μικροβιακή κοινότητα του εντέρου με σημαντικές συνέπειες για την υγεία. Στόχος της είναι να βρει καινοτόμους τρόπους διάγνωσης, μετριασμού και θεραπείας αυτής της πάθησης.
