De TikTok au thé kombucha, la santé intestinale connaît un moment – après que nous en entendons déjà parler depuis des années. À juste titre.
Votre intestin – et son mélange diversifié de bactéries connu sous le nom de microbiome – n’est plus seulement une question de digestion. La « santé » intestinale est également liée à la santé de votre cœur, de votre cerveau, de votre système immunitaire, etc.
Le problème : Une grande partie de ce qui s’y passe et quelles bactéries la peuplent à quels niveaux – et comment interpréter tout cela – reste un mystère. L’étude de l’intestin est délicate. La recherche animale peut ne pas être utile, car les animaux ont des enzymes digestives et des bactéries intestinales différentes de celles des humains. Et les tests de laboratoire typiques, comme la culture de cellules dans une boîte de Pétri, ne saisissent pas la complexité de l’intestin, une partie du corps où de nombreux types de cellules se développent et interagissent dans un environnement humide, fluide et sans oxygène.
Selon un nouvel article paru dans APL Bioingénierie .
Votre intestin sur une puce
C’est l’une des dernières avancées de la technologie “organe sur puce”, le concept consistant à placer des cellules humaines dans un appareil conçu pour imiter l’activité des organes humains. Les scientifiques ont développé des modèles pour simuler des organes tels que les poumons, les reins et le vagin.
Pour construire un intestin sur une puce, les scientifiques cultivent des cellules à partir de tissus intestinaux et de bactéries.
“Ces cellules ne se développent pas facilement”, explique l’auteur de l’étude Amin Valiei, PhD, chercheur post-doctoral à l’Université de Californie à Berkeley. “Ils ont besoin d’un environnement spécifique.”
Pour créer cet environnement, les chercheurs ont placé les cellules dans de minuscules canaux conçus pour permettre la circulation des fluides et imiter les forces présentes dans l’intestin. Cela signifie que les cellules peuvent interagir les unes avec les autres comme elles le feraient à l’intérieur du corps humain.
“Ces modèles deviennent de plus en plus avancés”, explique Valiei. “Par rapport à il y a quelques années, nous avons maintenant des modèles qui peuvent accueillir quelques types de cellules.”
Pourquoi c’est important : médicaments, maladies et dysbiose
Les chercheurs peuvent faire des expériences sur les modèles qui seraient difficiles ou impossibles chez l’homme.
“Ces dispositifs pourraient être particulièrement utiles au stade de l’hypothèse pour tester de nouveaux médicaments et thérapeutiques”, déclare Valiei.
Valiei et ses collègues du laboratoire de biomécanique cellulaire moléculaire de l’UC Berkeley étudient comment différentes espèces bactériennes interagissent dans ces modèles de puces intestinales. En particulier, ils explorent comment certaines bactéries nocives peuvent s’installer dans l’intestin – un phénomène connu sous le nom de dysbiose qui est lié à une gamme de conditions telles que les maladies inflammatoires de l’intestin (MII), le syndrome du côlon irritable (IBS), le diabète, l’obésité, le cancer. , et des problèmes cardiaques.
Les chercheurs utilisent également des modèles d’intestin sur puce pour étudier les MII, le cancer colorectal et même les effets de virus comme le COVID-19 sur la fonction intestinale.
Pour comprendre comment les maladies se développent, nous devons décomposer les choses en étapes fondamentales, et les modèles gut-on-a-chip pourraient aider les chercheurs à le faire, déclare Christopher Chang, MD, PhD, gastro-entérologue au Raymond G. Murphy VA Medical Center à Albuquerque, NM, et l’Université du Nouveau-Mexique. (Chang n’a pas participé à l’étude.)
“Nous pouvons identifier littéralement des milliers d’espèces dans l’intestin, et nous savons en quelque sorte, à grands traits, quels microbes sont considérés comme bénéfiques et quels microbes sont considérés comme non bénéfiques”, dit-il.
Mais comment les bugs individuels s’intègrent-ils dans une communauté ? Et quelles combinaisons mènent à un intestin sain par rapport à un intestin malsain ? Les réponses à ces questions restent floues.
“Nous avons des moyens de manipuler le microbiome, grâce à différents antibiotiques, probiotiques et greffes de microbiote fécal”, explique Chang. « Mais nous devons savoir : que devrions-nous manipuler ?
Marge d’amélioration
Une partie de l’intestin qui n’est pas encore reflétée dans les modèles de puces intestinales est le système nerveux entérique, alias notre “deuxième cerveau” – des neurones intégrés dans le tractus gastro-intestinal, explique Chang. C’est ainsi que l’intestin et le cerveau communiquent, et son dysfonctionnement est lié à des troubles intestinaux tels que le SCI.
Les personnes atteintes du SCI peuvent avoir de la douleur, de la diarrhée ou de la constipation même si leur tissu intestinal semble normal sur les biopsies. Les modèles Gut-on-a-chip pourraient être moins utiles pour révéler des informations sur ces troubles, bien qu’ils puissent toujours aider à répondre à des questions fondamentales.
La connexion intestin-cerveau est toujours en cours de clarification, de sorte que la science évolue, les chercheurs pourraient être en mesure d’ajouter de nouvelles informations aux futurs modèles d’intestin sur puce.
Les modèles Gut-on-a-chip pourraient également être utiles au-delà de la maladie, dit Valiei. Tout médicament que vous avalez passe par votre tube digestif. Si les chercheurs peuvent utiliser des modèles d’intestin sur puce pour découvrir précisément comment nous digérons et absorbons les médicaments, ils pourraient être en mesure d’affiner la façon dont nous utilisons ces médicaments.
Pour l’instant, on s’efforce de généraliser cette technologie. En raison de la nécessité de faire plus de recherches, d’affiner la technologie et de recueillir suffisamment de données pour satisfaire les régulateurs, il faudra peut-être encore plusieurs années avant que ce type de médecine de “précision” ne soit suffisamment précis pour vraiment personnaliser son utilisation pour les patients. Mais selon Valiei, c’est en effet un aperçu précis de ce qui est à venir.
Sources
Amin Valiei, PhD, chercheur post-doctoral, Université de Californie, Berkeley.
Christopher Chang, MD, PhD, gastro-entérologue, Raymond G Murphy VA Medical Center, Université du Nouveau-Mexique.
APL Bioingénierie: “Modèles Gut-on-a-chip pour disséquer la microbiologie et la physiologie intestinales.”
