Создан инновационный биочип для изучения специфических функций желудка человека

Новаторская разработка в области биомедицинской инженерии позволила создать микрофизиологическую систему желудка человека, hsMPS, что представляет собой значительный шаг вперед в понимании и лечении различных заболеваний желудочно-кишечного тракта, включая рак желудка.

Исследовательская группа под руководством профессора Тае-Ен Пак (Tae-Eun Park) с кафедры биомедицинской инженерии UNIST и профессора Сон Хо Конга (Seong-Ho Kong) из больницы Сеульского национального университета успешно разработала биомиметический чип, сочетающий в себе технологии «органоид» и „орган на чипе“ для моделирования сложных защитных механизмов слизистой оболочки желудка человека.

Органоиды, имитирующие человеческие органы с помощью стволовых клеток, продемонстрировали большой потенциал в качестве моделей in vitro для изучения специфических функций. Однако они не способны воспроизводить механическую стимуляцию и межклеточные взаимодействия, характерные для человеческого организма. Это ограничение побудило исследователей разработать инновационный биочип, способный воссоздать реальные системы защиты слизистой оболочки желудка.

Новый биочип включает в себя поток жидкости в микрофлюидных каналах, что позволяет имитировать механические стимулы и облегчает взаимодействие клеток между собой. Клетки мезенхимального субстрата под воздействием потока жидкости активизируют пролиферацию стволовых клеток желудка и одновременно способствуют балансу клеточной дифференцировки. Этот процесс в конечном итоге имитирует ключевые особенности, необходимые для формирования функциональных барьеров слизистой оболочки желудка на биологически значимом уровне.

Одним из замечательных достижений, продемонстрированных этим hsMPS, является его способность раскрыть ранее невиданные механизмы защиты от Helicobacter pylori-патогена, ассоциированного с различными заболеваниями желудка, что было невозможно на существующих моделях. Пептид слизистой оболочки желудка, известный как TFF1, формировал мозаичные структуры в группах, инфицированных Helicobacter pylori, образуя защитный барьер, необходимый для создания эффективной системы защиты от внешних инфекционных факторов. Подавление экспрессии пептида в слизистой оболочке желудка приводило к более тяжелым воспалительным реакциям.

Данное исследование показывает потенциал нашей модели для наблюдения динамических взаимодействий между эпителиальными клетками и иммунными клетками в чипах, инфицированных Helicobacter pylori, что вносит вклад в комплексное понимание стабильности слизистого барьера желудка, — пояснил профессор Пак.

Результаты исследования, поддержанные грантом Лаборатории фундаментальных исследований (BRL), финансируемой Министерством науки и ИКТ (MSIT), были опубликованы 31 июля в Интернете в Advanced Science — престижном журнале, издаваемом компанией Wiley.

Эти революционные достижения в области hsMPS открывают новые возможности для изучения взаимодействия хозяина и микроба, разработки терапевтических стратегий для лечения желудочных инфекций и более глубокого понимания заболеваний желудочно-кишечного тракта. Эта инновационная технология биочипов способна снизить потребность в экспериментах на животных и в то же время дать ценные сведения о сложных физиологических процессах в желудке человека.

27.09.2023