Modello microfluidico di enterocolite necrotizzante che incorpora enteroidi intestinali neonatali umani e un microbioma disbiotico

Lauren C. Frazer; Yukihiro Yamaguchi; Corey M. Jania; Wyatt E. Lanik; Qingqing Gong; Dhirendra K. Singh; Stephen Mackay; Natalia S. Akopyants; Misty Good

doi:10.3791/65605

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Articolo metodologico

Modello microfluidico di enterocolite necrotizzante che incorpora enteroidi intestinali neonatali umani e un microbioma disbiotico

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DOI:

10.3791/65605

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28 luglio 2023

Lauren C. Frazer¹ , Yukihiro Yamaguchi¹ , Corey M. Jania¹ , Wyatt E. Lanik² , Qingqing Gong³ , Dhirendra K. Singh¹ , Stephen Mackay¹ , Natalia S. Akopyants¹ , Misty Good¹

¹Division of Neonatal-Perinatal Medicine, Department of Pediatrics, University of North Carolina at Chapel Hill, ²University of Nebraska College of Medicine, ³Department of Surgery, Washington University School of Medicine

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo descrive un modello in vitro di enterocolite necrotizzante (NEC), che può essere utilizzato per studi meccanicistici sulla patogenesi della malattia. È dotato di un chip microfluidico seminato con enteroidi intestinali derivati dall'intestino neonatale umano, dalle cellule endoteliali e dal microbioma intestinale di un neonato con NEC grave.

Abstract

L'enterocolite necrotizzante (NEC) è una malattia intestinale grave e potenzialmente fatale che è stata difficile da studiare a causa della sua complessa patogenesi, che rimane incompletamente compresa. La fisiopatologia della NEC comprende l'interruzione delle giunzioni strette intestinali, l'aumento della permeabilità della barriera intestinale, la morte delle cellule epiteliali, la disbiosi microbica e l'infiammazione disregolata. Gli strumenti tradizionali per studiare la NEC includono modelli animali, linee cellulari e organoidi intestinali umani o murini. Mentre gli studi che utilizzano questi sistemi modello hanno migliorato la comprensione del campo della fisiopatologia della malattia, la loro capacità di ricapitolare la complessità della NEC umana è limitata. È stato ora sviluppato un modello in vitro migliorato di NEC che utilizza la tecnologia microfluidica, denominato NEC-on-a-chip. Il modello NEC-on-a-chip consiste in un dispositivo microfluidico seminato con enteroidi intestinali derivati da un neonato pretermine, co-coltivato con cellule endoteliali umane e il microbioma di un neonato con NEC grave. Questo modello è uno strumento prezioso per gli studi meccanicistici sulla fisiopatologia della NEC e una nuova risorsa per i test di scoperta di farmaci per le malattie intestinali neonatali. In questo manoscritto, verrà fornita una descrizione dettagliata del modello NEC-on-a-chip.

Introduzione

L'enterocolite necrotizzante (NEC) colpisce i neonati pretermine, con un'incidenza fino al 10% in quelli nati di peso < 1500 g¹. La fisiopatologia della NEC è complessa e comprende danni all'epitelio intestinale, interruzione delle giunzioni strette intestinali, aumento della permeabilità della barriera intestinale, disregolazione immunitaria e morte delle cellule epiteliali ^2,3. La nostra comprensione dei meccanismi coinvolti nella patogenesi della NEC rimane incompleta e, nonostante decenni di ricerca, non esistono ancora terapie mirate efficaci.

Un ostacol....