Многокомпонентный анализ новой, многокомпонентной модели заболевания на микрофизиологической системе «физиом-на-чипе» проливает свет на сложные воспалительные состояния. В Griffith Lab (Интеграция тканевой инженерии и системной биологии/Функциональные биоматериалы/Разработка лекарств) создана многокомпонентная микрофизиологическая модель, позволяющая изучать взаимоотношения между органами и иммунной системой. «Физиом-на-чипе» может помочь выяснить парадоксальную роль циркулирующих иммунных клеток и микробиома в хронических воспалительных заболеваниях [Trapecar2020].

До 80% пациентов с первичным склерозирующим холангитом, аутоиммунным заболеванием печени, также страдают от воспалительного заболевания кишечника. Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК), к которым относятся болезнь Крона (БК) и язвенный колит (ЯК) – рецидивирующие заболевания, при которых наблюдается хроническое воспаление различных отделов ЖКТ с развитием диареи и боли в животе. Причиной воспаления служат клеточно-опосредованные реакции в слизистой оболочке. В свою очередь, ВЗК увеличивает риск аутоиммунных заболеваний печени.

Новая система связывает три микрофизологических системы (МФС) – одну, моделирующую язвенный колит толстой кишки, вторую – здоровую печень и третью – иммунную систему, вместе представляющую собой ось кишечник–печень–иммунная система. Каждая МФС включала в себя все соответствующие типы клеток и специализированную микросреду с перфузией, которые могли свободно взаимодействовать с другими МФС.

При подключении физиология тканей была иной по сравнению с периодом изоляции, при воспалении при язвенном колите МФС снижалась при воздействии на здоровую МФС печени. Более того, наблюдалось увеличение активности генов и клеточных путей, связанных с метаболизмом и иммунной функцией. Лабораторная модель человеческого тела, состоящая из интегрированной полифункциональной системы «физиом-на-чипе», открывает путь для более быстрого фармацевтического тестирования. Добавление циркулирующих Th17 и CD4 + T-reg клеток усилило воспаление, воссоздающее признаки ВЗК и аутоиммунное заболевание печени.

В другом парадоксе было показано, что жирные кислоты с короткой цепью, продуцируемые кишечными бактериями, как уменьшают, так и усиливают воспаление в различных исследованиях. В текущем исследовании их добавление приводило к усилению воспаления, только если присутствовали Т-клетки. «Гипотеза, которую мы сформировали на основе этих исследований, заключается в том, что роль короткоцепочечных жирных кислот, по-видимому, зависит от степени вовлеченности адаптивной иммунной системы (включая Т-клетки)», - пояснил Мартин Трапекар. «Этот подход также будет полезен для моделирования других сложных заболеваний. Теперь есть возможности действительно снизить или повысить уровень сложности заболевания в контролируемых и систематических условиях», - отметил Трапекар.

{Trapecar2020} Martin Trapecar, Catherine Communal, Jason Velazquez, Christian Alexander Maass, Yu-Ja Huang, Kirsten Schneider, Charles W. Wright et al. Gut-Liver physiomimetics reveal paradoxical modulation of IBD-related inflammation by short-chain fatty acids // Cell Systems 10 (3), 223-239.e9 (2020). doi 10.1016/j.cels.2020.02.008;

keywords physiomimetics; IBD; ulcerative colitis; autoimmune hepatitis; short-chain fatty acids; gut-liver axis; Treg; Th17; immunometabolism; microphysiological system.

Ключевые слова физиологическое подражание; ВЗК; язвенный колит; аутоиммунный гепатит; жирные кислоты с короткой цепью; ось кишечник-печень; T-регуляторные клетки; Th17; иммунометаболизм; микрофизиологическая система