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MICROBIOME: Un micro-intestin sur puce révolutionne la recherche

Actualité publiée il y a 3 années 11 mois 1 semaine
PNAS

Cette technologie de reproduction et de culture sur puce du microbiome intestinal, « gut-on-a-chip », développée par ces scientifiques du Wyss Institute pourrait « révolutionner » la recherche et conduire à de nouvelles thérapies pour les maladies inflammatoires de l'intestin (MICI). L’équipe reconstitue sur puce un modèle d'inflammation intestinale humaine et de prolifération bactérienne dans l’intestin humain. Cette avancée tant technologique que « médicalement culturelle » et scientifique, présentée dans les Actes de l’Académie des Sciences (PNAS), permet, pour la première fois, aux scientifiques, d'analyser comment les microbes intestinaux et les bactéries pathogènes contribuent aux MICI, sur un modèle réduit et contrôlé qui reproduit exactement la physiologie de l’intestin humain. Bref, un micro-laboratoire révolutionnaire qui va permettre de découvrir comment les communautés microbiennes qui fleurissent à l'intérieur de nos intestins contribuent à la santé humaine et à la maladie.

Des millions de personnes dans le monde (1 million aux seuls Etats-Unis) souffrent de MICI telles que la colite ulcéreuse et la maladie de Crohn, avec des symptômes légers à sévères qui, au mieux peuvent être globalement gérés mais peuvent aussi conduire à des complications mortelles. En France, l'incidence de la maladie de Crohn est estimée à environ 5 nouveaux cas/100.000 chaque année et à l'identique pour les rectocolites hémorragiques. Alors que des réponses immunitaires anormales, sont en grande partie responsables de ces maladies, le microbiome intestinal –soit l'ensemble des caractéristiques génétiques du microbiote-, les cellules épithéliales intestinales, les agents immunitaires et rythmiques de l'intestin contribuent aussi à exacerber les symptômes. Reproduire ce microenvironnement de l'intestin humain en laboratoire, ouvrirait une fenêtre d'étude indispensable pour préciser le rôle de l'ensemble de ces facteurs. « Jusqu'à présent, il était impossible de déterminer la façon dont chacun de ces facteurs contribuent au développement de la maladie intestinale intestinale », explique le Pr Hyun Jung Kim, auteur principal de l'étude, « en raison de la difficulté à reproduire la prolifération bactérienne et l'inflammation des intestins chez des modèles animaux et in vitro ».


L'équipe de l'Institut Wyss de l'Université Harvard a pu reconstituer sur puce un modèle d'inflammation intestinale humaine et de prolifération bactérienne dans l'intestin humain. Les scientifiques sont ainsi capables d'analyser comment les microbes intestinaux et les bactéries pathogènes du microbiote intestinal contribuent à déclencher ces réponses immunitaires à partir d'un modèle réduit et contrôlé qui reproduit exactement la physiologie de l'intestin humain.

La technologie « gut-on-a-chip » fournit un microenvironnement idéal pour imiter les conditions naturelles de l'intestin humain à petite échelle, le tout étant contrôlable et analysable. Inventée à l'Institut Wyss en 2012, « gut-on-a-chip » se présente sous forme d'un polymère souple de la taille d'un bâton de mémoire d'ordinateur, comportant un dispositif microfluidique creux qui reproduit la structure physique, le microenvironnement, les mouvements (cliquer sur l'image du haut) et la circulation des fluides dans l'intestin humain. « Gut-on-a-chip » démontre avec cette recherche, sa capacité à accueillir une co-culture de cellules intestinales, de microbes vivant dans le microbiome intestinal normal sur une période de temps prolongée, soit 2 semaines. Ce micro-laboratoire pourrait ainsi permettre de découvrir comment les communautés microbiennes qui fleurissent à l'intérieur de nos intestins contribuent à la santé humaine et la maladie.

Ø Avec l'intestin-sur-puce, deviennent ainsi possibles la culture du microbiome intestinal normal et l'analyse des contributions des différents agents pathogènes, des cellules immunitaires, et des facteurs vasculaires et lymphatiques.

Déjà de nouvelles découvertes dans le fonctionnement interne de l'intestin humain :

4 petites protéines, appelées cytokines, qui stimulent l'inflammation ont déjà été documentées comme responsables, en combinaison, des réponses immunitaires inflammatoires. Cette seule découverte ouvre déjà une nouvelle voie thérapeutique potentielle pour le traitement des MICI par inhibition de ces cytokines. Les chercheurs montrent aussi que l'absence de mouvement péristaltique peut conduire à une prolifération effrénée de bactéries.

Enfin, « gut-on-a-chip » ouvre également la voie à une médecine de précision des MICI, avec la possibilité de cultiver les propres cellules et le microbiote intestinal du patient pour tester différentes thérapies et identifier la meilleure stratégie de traitement. Bref, une révolution technique, culturelle et scientifique dans la recherche sur le microbiome et ses effets sur la santé.

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