Razvoj mikrofiziološkega sistema sluznice tankega črevesa za raziskovanje učinkov mikrobiote na transepitelijski transport in imunski odziv gostitelja

Prerast bakterij v tankem črevesu (SIBO) je zdravstveno stanje, za katerega je značilna prekomerna rast bakterij v tankem črevesu. Prevalenca SIBO je visoka pri bolnikih s sočasnimi gastrointestinalnimi zapleti, kot so sindrom razdražljivega črevesa (~35,5 %), vnetna črevesna bolezen (~22,3 %) in nealkoholna bolezen jeter (~35 %). Presenetljivo je, da študije poročajo o visoki (do 13 %) razširjenosti SIBO v zdravih kontrolnih skupinah. Kultura aspirata tankega črevesa trenutno predstavlja edino možnost za identifikacijo bakterij, ki povzročajo SIBO, vendar je zelo invazivna za bolnika in se zato uporablja le v nujnih primerih. Glavni cilj tega projekta je vzpostaviti in vitro model, ki lahko učinkovito odkrije vrstno specifične biomarkerje, povezane s SIBO, kar bi podprlo razvoj bolj priročne diagnostike SIBO v prihodnosti. Proučevali bomo transport metabolitov iz luminalne na žilno stran in vitro epitelija, integriranega v mikrofiziološki sistem (MPS). Ta model bo izpostavljen metabolitom ter celičnim materialom bakterijskih vrst, za katere je znano, da pogosto povzročajo SIBO. Neciljana metabolomika an osnovi masne spektrometrije bo uporabljena za pridobitev profila spojin, ki prehajajo čez epitelij, in kar je še pomembneje, katere so vrstno specifične z visoko napovedno vrednostjo bakterijskega povzročitelja SIBO. Pomemben cilj tega projekta je razviti eksperimentalno platformo, ki združuje napredne pristope 3D biotiskanja z mikrofiziološkimi sistemi (MPS) za inženiring novih in vitro modelov sluznice tankega črevesa. Ta integracija bo omogočila izdelavo bio struktur z natančno določeno sestavo in geometrijskimi lastnostmi ter visoko stopnjo nadzora nad pogoji gojenja za posnemanje naravnega fiziološkega okolja in usmerjanje razvoja tkiva v želeno smer. Z nenehno naraščajočo kompleksnostjo in izboljšano simulacijo delovanja GIT modeli MPS ustvarjajo nove priložnosti za preučevanje celične in molekularne ravni njegove fiziologije v zdravju in bolezni. Prednosti predlagane eksperimentalne platforme pred obstoječimi in vitro modeli sistema sluznice tankega črevesa izhajajo iz specifične integracije 3D biotiskanega ogrodja in zasnove MPS, ki bo poravnala črevesni epitelij in spodaj ležeče ožiljeno tkivo znotraj jasne optične poti. Posledično bo to omogočilo neprekinjeno slikanje in spremljanje molekularnega transporta iz simuliranega črevesnega lumna skozi epitelij in v ožilje. Projekt bo izpolnil tri posebne cilje, ki se bodo uresničili v svojem delovnem paketu, in sicer:  O1 – Razvoj eksperimentalne platforme in inženiring in vitro SIM (razvoj MPS in integracija v postavitev gojenja, ki omogoča slikanje v svetlem polju in zbiranje vzorcev v luminalni ter žilni strani epitelija.  O2 – Izolacija, karakterizacija in gojenje bakterijskih vrst, povezanih s SIBO, da dobimo reprezentativno zbirko sevov, ki bodo nadalje uporabljeni za odkrivanje biomarkerjev v in vitro SIM MPS.  O3 – Študije transporta snovi bakterijskega izvora v in vitro SIM MPS na podlagi širokospektralene metabolomike z uporabo masne spektrometrije. Interdisciplinarne veščine in izkušnje, potrebne za uspešno izvedbo, bo zagotovila uravnotežena ekipa izkušenih raziskovalcev na začetku kariere iz različnih področij ter najsodobnejša infrastruktura, ki je na voljo na Medicinski fakulteti Univerze v Mariboru in Nacionalnem laboratoriju za zdravje, okolje in hrano.