Μια καινοτόμος εξέλιξη στο πεδίο της βιοϊατρικής μηχανικής οδήγησε στη δημιουργία του μικρο-φυσιολογικού συστήματος του ανθρώπινου στομάχου (hsMPS), κοινώς σε μια προσομοίωση της λειτουργίας του γαστρικού βλεννογόνου σε τσιπ.

Το νέο επίτευγμα αναμένεται να οδηγήσει σε άλματα σε ό,τι αφορά την κατανόηση και τη θεραπεία των γαστρεντερικών παθήσεων, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του στομάχου.

Σε αυτό το γράφημα παρουσιάζεται η διαδικασία δημιουργίας ενός μίνι ανθρώπινου στομάχου επάνω σε βιο-τσιπ (UNIST)

Οργανοειδή και τεχνολογία «organ-on-a-chip»

Η ερευνητική ομάδα από το Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ουλσάν (UNIST) και το Εθνικό Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Σεούλ στη Νότια Κορέα ανέπτυξε ένα βιομιμητικό τσιπ το οποίο συνδυάζει οργανοειδή καθώς και τεχνολογίες που αφορούν «όργανα επάνω σε τσιπ» (organ-on-a-chip) προκειμένου να προσομοιώσει τους πολύπλοκους μηχανισμούς άμυνας του ανθρώπινου γαστρικού βλενογόννου, όπως ανέφερε σε δημοσίευσή της στο επιστημονικό περιοδικό «Advanced Science».

Καινοτόμο βιο-τσιπ

Τα οργανοειδή τα οποία μιμούνται τα ανθρώπινα όργανα μέσω χρήσης βλαστικών κυττάρων έχουν ήδη δείξει μεγάλη δυναμική ως μοντέλα in vitro για τη μελέτη συγκεκριμένων λειτουργιών διαφορετικών οργάνων. Ωστόσο τα μοντέλα αυτά δεν μπορούν να αναπαράγουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κυττάρων που υπάρχουν στο ανθρώπινο σώμα. Αυτός ο σημαντικός περιορισμός ώθησε τους ερευνητές στη Νότια Κορέα να αναπτύξουν ένα καινοτόμο βιο-τσιπ το οποίο είναι ικανό να αναπαράγει τη λειτουργία των προστατευτικών συστημάτων του γαστρικού βλεννογόνου με ακρίβεια αντίστοιχη με εκείνη του ανθρώπινου οργανισμού.

«Κατ’εικόνα και καθ’ομοίωση» του γαστρικού βλεννογόνου

Το νέο βιο-τσιπ ενσωματώνει μέσα στα κανάλια του τη ροή υγρών ώστε να προσομοιώσει τη μηχανική του συστήματος του ανθρώπινου στομάχου και να διευκολύνει την επικοινωνία των κυττάρων. Μεσεγχυματικά κύτταρα του υποστρώματος που εκτίθενται στη ροή των υγρών εντός του τσιπ ενεργοποιούν τον πολλαπλασιασμό των γαστρικών βλαστοκυττάρων αλλά και την ισορροπία της κυτταρικής διαφοροποίησης. Η διαδικασία αυτή τελικώς μιμείται χαρακτηριστικά-«κλειδιά» του γαστρικού βλεννογόνου, όπως αυτά εντοπίζονται στον ανθρώπινο οργανισμό.

Νέα γνώση για την άμυνα ενάντια στο ελικοβακτηρίδιο του πυλωρού

Ενα σημαντικό επίτευγμα που προσέφερε το σύστημα ήταν ότι ήλθαν στο φως άγνωστοι ως σήμερα μηχανισμοί άμυνας του στομάχου ενάντια στο ελικοβακτηρίδιο του πυλωρού (Helicobacter pylori) – ένα παθογόνο που συνδέεται με διαφορετικές παθήσεις του στομάχου – με τρόπο που δεν ήταν δυνατός με τα υπάρχοντα ως σήμερα μοντέλα. Ενα πεπτίδιο του γαστρικού βλεννογόνου γνωστό ως TFF1 φάνηκε ότι σχηματίζει δομές με μορφή μωσαϊκού σε ομάδες κυττάρων που είχαν μολυνθεί με το Helicobacter pylori— με τον τρόπο αυτό δημιουργείτο ένα προστατευτικό φράγμα σημαντικό για την ανάπτυξη ενός αποτελεσματικού μηχανισμού άμυνας ενάντια σε εξωγενείς μολυσματικούς παράγοντες.

Ηταν μάλιστα χαρακτηριστικό ότι η αναστολή της έκφρασης αυτού του πεπτιδίου οδηγούσε σε σοβαρότερες φλεγμονώδεις αντιδράσεις.

«Η μελέτη αυτή παρουσιάζει την ικανότητα του μοντέλου μας να παρατηρεί τις δυναμικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των επιθηλιακών κυττάρων και των ανοσοκυττάρων σε τσιπ όπου υπάρχει το ελικοβακτηρίδιο του πυλωρού, γεγονός που συνεισφέρει σε καλύτερη κατανόηση της σταθερότητας του φραγμού του γαστρικού βλεννογόνου» εξήγησε η Ταε-Ουν Παρκ, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, καθηγήτρια στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής του UNIST.

Προς νέες θεραπευτικές προσεγγίσεις

Το νέο επίτευγμα ανοίγει δρόμους για τη μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ ξενιστών και μικροβίων αλλά και για την ανάπτυξη θεραπευτικών στρατηγικών για τις λοιμώξεις και άλλες παθήσεις του γαστρεντερικού συστήματος. Είναι επίσης σημαντικό ότι η καινοτόμος τεχνολογία του βιο-τσιπ μπορεί να μειώσει τα πειράματα σε ζώα προσφέροντας μάλιστα πολύτιμες και πιο ακριβείς πληροφορίες σχετικά με τις φυσιολογικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο ανθρώπινο στομάχι.