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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

에 Microengineered 인간의 장내 융모와 생활 마이크로 바이 옴의 공동 문화 창자 - 온 - 어 - 칩 미세 유체 장치

Full Text
23,796 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.

우리는 인간의 장 - 온 - 어 - 칩 microphysiological 시스템을 사용하여 확장 된 기간 동안 체외 프로토콜 공동 문화 장내 마이크로 바이 옴과 장 융모에 대해 설명합니다.

이 프로토콜의 전반적인 목표는 장 온 어 칩(gut-on-a-chip) 미세유체 장치에서 연동 운동과 같은 움직임 및 흐름에 따른 인간 장 세포의 융모 성장을 입증하고 이러한 세포를 살아있는 장내 마이크로바이옴과 공동 배양하는 방법을 보여주는 것입니다. 따라서 이 방법은 위장병학, 임상 미생물학 및 제약 과학 분야의 핵심 질문을 통해 질병 메커니즘을 식별하고 신약 화합물의 효능과 독성을 검증하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 연구원들이 미생물 생리학 시스템을 사용하여 체외에서 인간 생체 장의 실행 가능하고 기능적인 포스트 마이크로바이옴 생태계를 구축할 수 있다는 것입니다.

이 기술의 의미는 궤양성 대장염이나 크론병과 같은 질병으로 확장될 수 있는데, 숙주 세포와 마이크로바이옴의 안정적인 공동 배양이 이러한 질병의 복잡성을 모방할 수 있기 때문입니다. 이 방법은 장내 마이크로바이옴과 장내 면역 체계 사이의 복잡한 상호 작용에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만, 피부, 생식기 또는 구강과 같이 숙주 미생물 상호 작용이 있는 다른 장기 시스템에도 적용할 수 있습니다. 시작하려면 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 gut-on-a-chip 미세유체 장치를 준비합니다.

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생물 문제 (114) 공동 문화 장 - 온 - 어 - 칩 소장 마이크로 바이 옴 융모 microphysiological 시스템 호스트 - 미생물 상호 작용

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