$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Nekrotizan enterokolit (NEC), 1500 g'< doğanlarda %10'a varan insidansla erken doğmuş bebekleri etkiler1. NEC'in patofizyolojisi karmaşıktır ve bağırsak epitelinde hasar, bağırsak sıkı bağlantılarının bozulması, artmış bağırsak bariyeri geçirgenliği, immün düzensizlik ve epitel hücre ölümünü içerir 2,3. NEC'in patogenezinde rol oynayan mekanizmalar hakkındaki anlayışımız eksik kalmıştır ve onlarca yıllık araştırmalara rağmen hala etkili bir hedefe yönelik tedavi yoktur.
NEC araştırmalarını ilerletmenin önündeki önemli bir engel, insan bebeklerinden izole edilen birincil bağırsak dokusunun sınırlı mevcudiyeti ve küçük boyutudur. NEC'li bebeklerden rezeke edilen bağırsak dokusu genellikle nekrotiktir ve ciddi şekilde hasar görür, bu da hastalık başlangıcından önce gelen mekanizmalara yönelik çalışmaları zorlaştırır. Örneğin, NEC'li bebeklerin ince bağırsağı bağışıklık hücreleri ile doludur ve bağırsak kök hücre sayısında azalma, epitel hücre proliferasyonunda azalma ve epitel hücresi apoptozunda artış da gözlenir 4,5,6,7. Bu, bu örneklerden bağırsak epitel hücrelerinin kültürlenmesinde ve bu düşmanca enflamatuar ortamda parçalanabilen RNA ve proteinlerin izole edilmesinde zorluklara yol açar. Ek olarak, cerrahi NEC'li bebeklerde hastalık süreci zaten ilerlemiş olduğundan, hastalığı indükleyen faktörlere yönelik mekanik çalışmalar mümkün değildir. Bu sınırlamalar, NEC'nin mekanik çalışmaları için hayvan modellerine güvenilmesine yol açmıştır.
Fareler, sıçanlar, domuz yavruları, tavşanlar ve babunlar için NEC'nin hayvan modelleri oluşturulmuştur 5,8,9,11. Hayvan modellerinin güçlü bir gücü, NEC benzeri bağırsak hastalığının, disbiyotik bir mikrobiyom, tekrarlanan hipoksi atakları ve anne sütü beslemelerinin olmamasıdahil olmak üzere insanlarda NEC başlangıcı ile ilişkili faktörler tarafından indüklenmesidir 5,8,10,11. Ek olarak, deneysel NEC sırasında gözlenen inflamatuar yanıt ve patolojik değişiklikler paralel insan hastalığı 5,9,12. Bu modeller insan NEC'nin birçok özelliğini taklit ederken, hayvanlarda ve insanlarda NEC'nin patofizyolojisi arasında doğal farklılıklar vardır. Örneğin, NEC'in murin modeli, tam süreli doğan farelerde indüklenir ve bağırsak gelişimleri tamamlanmamış olsa da, NEC'in patofizyolojisi bu klinik bağlamda doğal olarak farklıdır. Doğumda murin bağırsak gen ekspresyonu, yaşayabilir bir insan fetüsüne benzer ve 14. güne kadar 22-24 haftalık bir preterm yenidoğanınkine yaklaşmaz (P14)13. Bu, murin NEC modelini karıştırır, çünkü bağırsak yaralanması genellikle P10'dan sonra farelerde indüklenemez. Ek olarak, kendi içinde yetiştirilmiş fare suşları, insan yenidoğanların15 immünolojik14 ve mikrobiyolojik çeşitliliğinden yoksundur, bu da başka bir kafa karıştırıcı faktör olarak hizmet eder. Bu nedenle, birincil insan örneklerinin NEC araştırmalarına daha fazla dahil edilmesi, bu alandaki çalışmaların klinik uygunluğunu artırmaktadır.
NEC mekanizmaları üzerine yapılan çalışmalar in vitro geleneksel olarak kolorektal adenokarsinom (Caco2) ve insan kolon adenokarsinomu (HT-29) hücreleri gibi yetişkin bağırsak kanseri hücrelerinden türetilen monotipik hücre dizilerini kullanmıştır16. Bu modeller, yetişkin kanser hücrelerinden büyümeleri, polarize olmayan mimarileri ve kültürde tekrarlanan geçişlerle ilgili fenotipik değişiklikler nedeniyle uygundur ancak fizyolojik önemi sınırlıdır. Bağırsak enteroidleri, bağırsak dokusunun kriptlerinden büyütülebildikleri, tüm bağırsak epitel alt tiplerine farklılaşabildikleri ve üç boyutlu (3D) villus benzeri bir yapıoluşturdukları için bu modelleri geliştirir 17,18,19,20. Son zamanlarda, bağırsak enteroidleri, çip üzerinde ince bir bağırsak modeli geliştirmek ve fizyolojik olarak daha ilgili bir in vitro model sistemi sağlamak için mikroakışkan teknolojisi ile birleştirilmiştir21.
İlk çip üzerinde organ mikroakışkan cihazları 2000'li yılların başında tanıtıldı22,23,24. İlk çip üzerinde organ modeli, çip üzerinde insan solunumu yapan akciğer25'ti. Bunu bağırsak 21, karaciğer26, böbrekler27, kemik iliği 28, kan-beyin bariyeri29 ve kalp30 gibi çok sayıda tek organ modeli izledi. Bu çip üzerinde organ modelleri, akut radyasyon sendromu,31 kronik obstrüktif akciğer hastalığı,32 ve nörodejeneratif hastalıklar 33 dahil olmak üzere akut, kronik ve nadir hastalıkları incelemek için kullanılmıştır. Bu çipler üzerindeki hücrelerin polarize doğası ve gözenekli bir zarla ayrılmış iki hücresel bölmenin varlığı, perfüzyon, kimyasal konsantrasyon gradyanları ve bağışıklık hücresi kemotaksisi gibi karmaşık fizyolojik süreçlerin modellenmesine izin verir34,35. Bu mikroakışkan sistemler, insan hastalıklarının patofizyolojisini ve mekanizmalarını incelemek için yeni bir araç sağlar.
Çip üzerinde ince bağırsak modeli, Kasendra ve ark. 2018 yılında, enteroidlere farklılaşmış ve mikroakışkanbir cihazda kültürlenmiş pediatrik (10-14 yaş) ince bağırsak biyopsi örneklerini kullanan. Vasküler endotel hücreleri, sürekli ortam akışı ve gerilme/gevşeme de bu modele dahil edildi. Bağırsak epitelyal alt tip farklılaşması, 3D villus benzeri eksenlerin oluşumu, mukus üretimi ve ince bağırsak gen ekspresyon paternlerini gözlemlediler21. Bu mikroakışkan model, yenidoğan bağırsak enteroidlerini, endotel hücrelerini ve NEC36'lı bir yenidoğandan mikrobiyomu içeren NEC-on-a-chip sisteminin geliştirilmesiyle yenidoğan hastalığına uygulandı. Çip üzerinde NEC, enflamatuar gen ekspresyonu, özel epitel hücrelerinin kaybı ve azalmış bağırsak bariyeri fonksiyonu36 dahil olmak üzere insan NEC'nin kritik özelliklerinin çoğunu özetler. Bu nedenle, bu model, mekanik çalışmalar ve ilaç keşfi de dahil olmak üzere NEC çalışmasında çok sayıda uygulamaya sahiptir. Bu makalede, NEC-on-a-chip modelinin performansı için ayrıntılı bir protokol sağlanmıştır.