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Bioengineering
Co-Kultur des Lebens Microbiome mit mikro humanen intestinalen Villi in ein Gut-on-a-Chip-Mikrofl...
Co-Kultur des Lebens Microbiome mit mikro humanen intestinalen Villi in ein Gut-on-a-Chip-Mikrofl...
JoVE Journal
Bioengineering
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JoVE Journal Bioengineering
Co-culture of Living Microbiome with Microengineered Human Intestinal Villi in a Gut-on-a-Chip Microfluidic Device

Co-Kultur des Lebens Microbiome mit mikro humanen intestinalen Villi in ein Gut-on-a-Chip-Mikrofluidik-Vorrichtung

Full Text
23,822 Views
10:51 min
August 30, 2016

DOI: 10.3791/54344-v

Hyun Jung Kim1, Jaewon Lee1, Jin-Ha Choi1, Anthony Bahinski2, Donald E. Ingber2,3,4

1Department of Biomedical Engineering,The University of Texas at Austin, 2Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University, 3Vascular Biology Program,Boston Children's Hospital, Harvard Medical School, 4John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences,Harvard University

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol describes the co-culture of gut microbiome and intestinal villi using a human gut-on-a-chip microphysiological system. It aims to demonstrate villus growth under peristalsis-like motions and flow.

Key Study Components

Area of Science

  • Gastroenterology
  • Clinical Microbiology
  • Pharmaceutical Sciences

Background

  • Understanding disease mechanisms in the gut.
  • Investigating the efficacy and toxicity of new drug compounds.
  • Emulating complexities of diseases like ulcerative colitis and Crohn's disease.
  • Exploring host-microbe interactions in various organ systems.

Purpose of Study

  • To establish a viable and functional post-microbiome ecosystem in vitro.
  • To provide insights into gut microbiome and immune system interactions.
  • To facilitate research on gastrointestinal diseases.

Methods Used

  • Preparation of the gut-on-a-chip microfluidic device.
  • Co-culturing human intestinal cells with living gut microbiome.
  • Simulating peristalsis-like motions and flow.
  • Monitoring villus growth and microbiome interactions.

Main Results

  • Successful establishment of a co-culture system.
  • Demonstration of villus growth under simulated conditions.
  • Insights into the interactions between gut microbiome and host cells.
  • Potential applications in studying gastrointestinal diseases.

Conclusions

  • The gut-on-a-chip system effectively models gut microbiome interactions.
  • This method can advance research in gastroenterology and drug development.
  • Future studies can explore broader applications in other organ systems.

Frequently Asked Questions

What is a gut-on-a-chip system?
A gut-on-a-chip system is a microphysiological device that simulates the human gut environment for research purposes.
How does this method contribute to drug development?
It allows researchers to validate the efficacy and toxicity of new drug compounds in a controlled environment that mimics human physiology.
What diseases can this research help to understand?
This research can provide insights into diseases such as ulcerative colitis and Crohn's disease.
Can this method be applied to other organ systems?
Yes, it can be adapted to study host-microbe interactions in systems like the skin, genital tract, or oral cavity.
What are the advantages of using a microfluidic device?
Microfluidic devices allow for precise control of the environment, enabling realistic simulations of physiological conditions.
What is the significance of villus growth in this study?
Villus growth is crucial for understanding nutrient absorption and the overall function of the intestinal barrier in health and disease.

Wir beschreiben ein in vitro - Protokoll zur Zusammenarbeit Kultur gut microbiome und Darmzotten für einen längeren Zeitraum einen menschlichen Darm-on-a-Chip - microphysiological System.

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, das Zottenwachstum menschlicher Darmzellen unter peristaltikähnlichen Bewegungen und Strömungen in einem mikrofluidischen Darm-on-a-Chip-Gerät zu demonstrieren und zu zeigen, wie diese Zellen mit lebendem Darmmikrobiom co-kultiviert werden können. Diese Methode kann also helfen, die Schlüsselfragen im Bereich der Gastroenterologie, der klinischen Mikrobiologie und der pharmazeutischen Wissenschaften zu beantworten, um den Krankheitsmechanismus zu identifizieren und die Wirksamkeit und Toxizität der neuen Wirkstoffe zu validieren. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die Forscher das lebensfähige und funktionsfähige Postmikrobiom-Ökosystem des menschlichen lebenden Darms in vitro mit Hilfe eines mikrophysiologischen Systems nachweisen können.

Die Auswirkungen dieser Technik können sich auf Krankheiten wie Colitis ulcerosa oder Morbus Crohn erstrecken, da die stabile Co-Kultur der Wirtszellen mit dem Mikrobiom die Komplexität dieser Krankheiten nachahmen kann. Obwohl diese Methode einen Einblick in die komplexen Wechselwirkungen zwischen dem Darmmikrobiom und dem Immunsystem im Darm geben kann, kann sie auch auf andere Organsysteme angewendet werden, in denen es Wechselwirkungen zwischen Wirtsmikroben gibt, wie z. B. die Haut, den Genitaltrakt oder die Mundhöhle. Bereiten Sie zunächst das mikrofluidische Gut-on-a-Chip-Gerät vor, wie im beigefügten Textprotokoll beschrieben.

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Bioengineering Heft 114 Co-Kultur gut-on-a-Chip Darm microbiome Zotten microphysiological System Wirt-Mikroben-Interaktion

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