Kombinere humane organoider og organ-on-a-chip-teknologi for å modellere tarmregionspesifikk funksjonalitet

Tarmslimhinnen er en kompleks fysisk og biokjemisk barriere som oppfyller et mylder av viktige funksjoner. Det muliggjør transport, absorpsjon og metabolisme av næringsstoffer og xenobiotika samtidig som det letter et symbiotisk forhold til mikrobiota og begrenser invasjonen av mikroorganismer. Funksjonell interaksjon mellom ulike celletyper og deres fysiske og biokjemiske miljø er avgjørende for å etablere og opprettholde intestinal vevshomeostase. Modellering av disse komplekse interaksjonene og integrert tarmfysiologi in vitro er et formidabelt mål med potensial til å forandre måten nye terapeutiske mål og legemiddelkandidater oppdages og utvikles på.

Organoider og Organ-on-a-Chip-teknologier har nylig blitt kombinert for å generere human-relevante tarmbrikker som er egnet for å studere de funksjonelle aspektene ved tarmfysiologi og patofysiologi in vitro. Organoider avledet fra biopsiene i den lille (tolvfingertarmen) og tykktarmen blir sådd inn i det øverste rommet av en organbrikke og deretter vellykket utvidet som monolag samtidig som de opprettholder de distinkte cellulære, molekylære og funksjonelle egenskapene til hver tarmregion. Humane tarmvevsspesifikke mikrovaskulære endotelceller inkorporeres i bunnrommet av organbrikken for å gjenskape epitel-endotelgrensesnittet. Denne nye plattformen letter luminal eksponering for næringsstoffer, stoffer og mikroorganismer, noe som muliggjør studier av tarmtransport, permeabilitet og vert-mikrobe-interaksjoner.

Her er det gitt en detaljert protokoll for etablering av tarmflis som representerer det humane tolvfingertarmen (tolvfingertarmbrikke) og kolon (kolonbrikke), og deres påfølgende kultur under kontinuerlig strømning og peristaltikklignende deformasjoner. Vi demonstrerer metoder for å vurdere legemiddelmetabolisme og CYP3A4-induksjon i tolvfingertarmbrikke ved bruk av prototypiske induktorer og substrater. Til slutt gir vi en trinnvis prosedyre for in vitro-modellering av interferon gamma (IFNγ)-mediert barriereforstyrrelse (lekk tarm syndrom) i en tykktarmsbrikke, inkludert metoder for å evaluere endring av paracellulær permeabilitet, endringer i cytokinsekresjon og transkriptomisk profilering av cellene i brikken.