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L’intestino in un chip per la medicina personalizzata

Una porzione di intestino ricreata su un chip per osservare da vicino l’interazione tra le sue cellule e i batteri intestinali. Dei ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dell’università di Harvard (Stati Uniti) hanno messo a punto un ‘organ-on-a-chip’, una sorta di organo artificiale, una tecnologia che riproduce in un supporto tecnologico un tessuto, in questo caso un’area dell’intestino. Lo strumento permette di osservare l’azione del microbioma, l’insieme densissimo di microbi che vivono nell’organismo, fuori dal corpo umano ma in condizioni favorevoli.

Quanto osservato potrà essere utile per sviluppare terapie, probiotici e nutraceutici: “Con un accesso diretto al microbioma e al tessuto intestinale, questo metodo può essere usato per scoprire microbi specifici o i loro metaboliti che possono causare malattie o che potrebbero aiutare a prevenire queste condizioni”, spiega Donald Ingber, a capo del team dei ricercatori. “Poiché utilizziamo cellule isolate da pazienti – continua – questo approccio potrebbe essere impiegato anche per la medicina personalizzata”.

Ossigeno sufficiente per far sopravvivere batteri e cellule

Sono centinaia di milioni gli organismi, prevalentemente batteri, che vivono nell’apparato digerente. Il loro coinvolgimento in diverse funzioni ma anche nello sviluppo di alcune patologie, come le malattie infiammatorie dell’intestino o delle infezioni, è stato ampiamente descritto dalla ricerca scientifica.

Per studiare le interazioni tra l’organismo e il microbioma i ricercatori hanno solitamente guardato alla correlazione tra le diverse patologie e il Dna batterico estratto da campioni di feci. L’analisi fuori dal corpo umano era però complicata da diversi fattori. In coltura, infatti, i batteri crescono rapidamente eliminando le cellule umane; inoltre molti di questi microrganismi possono sopravvivere in presenza bassi livelli di ossigeno, una condizione che invece danneggerebbe le cellule umane.

Ecco che l’organo artificiale, l’intestino costruito su un chip, può ovviare a queste difficoltà e consentire un esame diretto del rapporto tra microbioma e cellule ospiti. Con questa tecnologia i ricercatori hanno fatto crescere un complesso di microbi a diretto contatto con l’epitelio intestinale (il tessuto che forma la mucosa intestinale, con i suoi vasi sanguigni) per almeno cinque giorni. Regolando i livelli di ossigeno, sia il microbioma che le cellule hanno goduto delle loro condizioni ideali: nell’endotelio (il tessuto interno dei vasi sanguigni) e nell’epitelio intestinale l’ossigeno era congruo mentre nel lume intestinale, dove erano presenti i batteri, i suoi livelli erano molto bassi.

Un modello per testare farmaci

Il lavoro di ricerca è stato illustrato in un articolo pubblicato su Nature Biomedical Engineering.Il chip era formato da due microcanali paralleli separati da una membrana porosa. Le cellule dell’epitelio sono state fatte crescere sul canale superiore sopra la membrana e quelle dell’endotelio vascolare, derivato dai microvasi sagnuigni intestinali, sul lato opposto della membrana nell’altro canale. L’ossigeno era diffuso attraverso la membrana stessa verso l’epitelio intestinale. 

Tutte le cellule provenivano da colture cellulari o da bopsie di intestino tenue. I campioni di microbioma invece erano stati prelevati da feci umane e inseriti sull’epitelio. Fatta dimorare in condizioni ideali, la popolazione di batteri manteneva la stessa diversità osservata nell’intestino umano. I ricercatori hanno potuto vedere, inoltre, come i batteri avessero rinforzato la funzione di barriera dell’epitelio intestinale, con le sue cellule che formano una membrana mucosa protettiva, una risorsa importante per la salute dell’organo.

I dati forniti dallo studio - concludono i ricercatori - aprono interessanti opportunità per la medicina personalizzata, per la sperimentazione degli effetti diretti dei farmaci sul microbioma e per indagare, in regioni ristrette del tessuto intestinale, interazioni fra batteri e cellule ospiti che causino sensibilità o telleranza a specifiche patologie.

 

Foto: © CLIPAREA.com - Fotolia.com

 

di Vito Miraglia
Pubblicato il 17/05/2019