Il microbiota umano in un intestino tascabile

Dunque gli organi in tal maniera ricomposti abbisognano del nutrimento e del calore sufficienti e soprattutto di una maggiore quantità di energia diretta..maggiore energia diretta… Il liquido amniotico è l’elemento biogeno essenziale. (…) Sì, esatto! Ecco la combinazione! Ecco la combinazione! Esatto!” (da Frankenstein di Mary Shelley).

L’immaginario collettivo sulla possibilitá di riprodurre in vitro le funzioni vitali dell’essere umano ha dato vita a meravigliose speculazioni nel mondo cinematografico come nel caso di Frankestein di Mary Shelley. Il problema? La maggior parte delle speculazioni rimangono ai margini della credibilità nella ricerca scientifica reale.

Il mito della riproducibiltà in vitro assume invece forme più tangibili e concrete nel mondo dell’ organ-on-a-chip, un’area della ricerca scientifica in cui la sfida principale consiste nella capacità di riprodurre le funzionalità specifiche di un organo all’interno di un “semplice” chip, al fine di facilitarne il loro studio.

Un esempio in quest’ambito ci è dato da modelli miniaturizzati di intestini virtuali in sistemi microfluidici in grado di riprodurre l’interfaccia intestino-microbiota, che facilitarebbero lo studio del ruolo e coinvolgimento della flora intestinale in condizioni tanto fisiologiche come patologiche.

Uno studio condotto da alcuni ricercatori del Massachusetts Institute of Technology a Cambridge, ha permesso l’implementazione di un sofisticato modello in vitro di intestino umano capace di riprodurre la colonizzazione batterica intestinale e il ruolo che quest’ultima svolge nell’evoluzione di condizioni patologiche quali per esempio la sindrome del colon irritabile (IBS).

a) Schema grafico della membrana porosa all’interno del sistema microfluidico; b) e c) Fotografie del Gut-on-a-chip realizzato in PDMS; d) ed e) Rappresentazione della permeabilità delle cellule Caco-2 all’interno del chip in assenza o presenza di deformazione meccanica “simil-perstaltica”.

In sostanza, gli studiosi hanno dimostrato di essere in grado di riprodurre il comportamento di un epitelio intestinale umano (caratterizzato da una coltura stabilizzata di cellule intestinali umane chiamate Caco-2), in presenza di un endotelio linfatico o vascolare, di cellule del sistema immunitario, e soprattutto in presenza di una deformazione meccanica simil-peristaltica: il tutto all’interno di un chip.

Avere a disposizione un intestino “tascabile” renderebbe molto piú facile, economico e rapido lo studio del microbiota umano, che tanto interesse sta suscitando ultimamente nella comunità scientifica. Ebbene, i ricercatori hanno dimostrato la riproducibilità di questo mini-Frankestain intestinale grazie ad esperimenti di convivenza batterica con specie commensali e benefiche del microbiota umano come ad esempio Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus paracasei, Bifidobacterium breve, Bifidobacterium infantis. La crescita di specie batteriche normalmente utilizzate in formulazioni probiotiche all’interno di questo dispositivo è risultata benefica per la funzionalità intestinale, così come avviene nella realtà. Allo stesso tempo, l’introduzione nel chip di un ceppo patogeno di E. coli (normalmente coinvolto in sintomi di grave irritazione intestinale) ha riprodotto una condizione patologica con produzione di citochine infiammatorie e compromissione della funzionalità della barriera epiteliale intestinale.

Schema e fotografia del microchip HuMiX

HuMiX è un’altro esempio di chip microfluidico implementato da alcuni ricercatori dell’Università del Lussemburgo, in cui è stato possibile coltivare contemporaneamente differenti specie batteriche (anaerobiche e non) all’interno di un intestino virtuale simile a quello osservato in precedenza. Questa strategia permette pertanto di riprodurre  in modo ancora più fedele alla realtà delle condizioni fisio-patologiche proprie dell’interazione di un intestino umano con un microbiota complesso, in cui specie batteriche differenti convivono tra di loro.

Ed ora che abbiamo a disposizione modelli intestinali umani in vitro, non ci resta che spingere la nostra curiosità scientifica all’implementazione di nuovi approcci terapeutici, come per esempio il rinomato trapianto fecale che, come sappiamo da letture precedenti, si presenta come il nuovo potenziale e “appetibile” candidato in patologie che coinvolgono il microbiota intestinale.

Serena Galiè

Fonti

  • Human gut-on-a-chip inhabited by microbial flora that experiences intestinal peristalsis-like motions and flow (Kim et al., 2012)
  • A microfluidics-based in vitro model of the gastrointestinal human-microbe interface (Shah et al., 2016)
  • https://it.wikipedia.org/wiki/Frankenstein_di_Mary_Shelley

Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l’Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l’Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l’Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

Informazioni su Serena Galié 19 Articoli
Laureata in Biotecnologie Mediche con curriculum internazionale in Management in Medical Biotechnology presso l'Università Alma Mater Studiorum di Bologna. Master in Biotechnology of Environment and Health presso l'Università di Oviedo, in Spagna. Attualmente studentessa di un PhD in Nutrizione e Metabolismo presso l'Università Rovira I Virgili, a Tarragona in Spagna.

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