Los investigadores demuestran una herramienta de laboratorio que simplifica las simulaciones del intestino humano



Los investigadores de Rice University y Baylor College of Medicine han encontrado una manera de imitar las condiciones en los intestinos, dándoles un modelo mecánico para el crecimiento en tiempo real de infecciones bacterianas.

En un nuevo estudio, demuestran una herramienta de laboratorio que simplifica las simulaciones del intestino humano, lo que hace que sea más práctico encontrar tratamientos para enfermedades como la diarrea infecciosa.

El equipo dirigido por la bioingeniera Jane Grande-Allen de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice desarrolló casetes de perfusión milifluídica transparentes (mPC) que son fáciles de fabricar y operar y compatibles con análisis microscópicos y bioquímicos comunes.

Los casetes permiten que incluso los no bioingenieros lleven a cabo el tipo de estudios que normalmente se realizan con una placa de Petri de 96 pocillos, con el beneficio adicional del flujo de líquido sobre las células epiteliales sembradas infectadas con bacterias. Los casetes también tienen puertos de microescala para entrada y salida, lo que permite no solo el flujo de fluido sino también el muestreo del entorno.

El estudio dirigido por Grande-Allen, profesora Isabel C. Cameron de bioingeniería de Rice, y autora principal y Rice y Baylor MD / Ph.D. El ex alumno Reid Wilson, actualmente residente de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregon, aparece en el Anales de ingeniería biomédica.

Replicar el complicado intestino humano es un desafío para los investigadores, dijo el coautor Anthony Maresso, profesor asociado de virología molecular y microbiología en Baylor. “Los dispositivos como estos a menudo no son fáciles de usar y prácticos para biólogos como yo”, dijo. “Este fue diseñado para que sea fácil de usar por científicos con menos conocimientos de ingeniería. La esperanza es que disminuya las barreras entre ingenieros e investigadores médicos”.

Grande-Allen dijo que hacer un sistema de microfluidos que no tenga fugas puede ser un desafío técnico. “En este caso, necesitábamos imitar la tasa de líquido en todo el intestino que, especialmente en comparación con la sangre, es realmente lenta”, dijo.

Los moldes de los dispositivos, aproximadamente del tamaño de las placas estándar de 96 pocillos, se crearon con una impresora 3D y se utilizaron para formar los casetes de polímero transparente. Las mPC se sembraron con enteroides intestinales humanos (HIE), cultivos que contienen los principales tipos de células nativas del epitelio intestinal. Cuando fluía un fluido que contenía bacterias, se formaba una biopelícula en las células, un fenómeno que no se ve en las plataformas estáticas.

Los investigadores pueden evaluar fácilmente qué tan bien se adhieren las bacterias e infectan las células, tanto visualmente como tomando muestras a través de los puertos en ambos extremos. Las placas estáticas permiten que las bacterias crezcan demasiado en las células y limitan los experimentos a unas pocas horas, pero el flujo lento a través de las mPC permite una observación más extensa y resultados más realistas, dijo Grande-Allen.

La prueba del dispositivo llevó a los investigadores a encontrar la primera evidencia directa de que las fimbrias de adherencia agregada, apéndices pegajosos que se encuentran en la mayoría de las Escherichia coli enteroagregantes infecciosas (EAEC), son necesarias para que las bacterias formen una biopelícula.

Nuestra intención era eliminar lentamente las toxinas bacterianas para evitar que dañen las células. Eso permitió que sobrevivieran más células para que pudiéramos observar el proceso de infección. Nos sorprendió por completo ver que también cambió drásticamente la naturaleza de la película que se formó “.

Jane Grande-Allen, profesora, Departamento de Bioingeniería, Universidad Rice

Los dispositivos también mantienen vivos los cultivos de HIE al reponer oxígeno y nutrientes en la cámara de mPC, lo que permite una mejor evaluación de las interacciones realistas entre las células y los patógenos invasores, dijo Grande-Allen.

Dijo que las mPC facilitarán la investigación de muchas de estas interacciones. “Esto permitirá el examen sistemático de muchas combinaciones diferentes, buenas y malas, y cómo el flujo cambia la dinámica de este entorno”, dijo.

Fuente:

Referencia de la revista:

Wilson, RL, et al. (2021) Un casete de perfusión milifluídica para estudiar la patogenia de las infecciones entéricas utilizando organoides ex-vivo. Anales de ingeniería biomédica. doi.org/10.1007/s10439-020-02705-8

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