غزاله شیمی؛ دانشجوی دکترای تغذیه، دانشگاه شهید بهشتی
در تلاش برای مدل‌سازی فرایندهای پیچیده‌ای که در بدن انسان انجام می‌شود، محققان آغاز به توسعه "organs-on-chips" نموده‌اند که ریه‌ها و روده‌ها را بر روی دستگاه‌های میکروفلوئیدی بازتولید می‌کنند.
این سیستم‌ها به محققان اجازه می‌دهند تا مطالعه‌ی اندام‌ها را بدون استفاده از انسان‌ها - به‌عنوان افراد مورد آزمایش- همتاسازی نمایند.
درحالی‌که این‌یکی از بهترین گزینه‌ها است، متغیرهای زیادی برای کنترل، درک و مهم‌تر از همه دست‌کاری وجود دارد.
در انتهای دیگر طیف یک مطالعه in vitro با یک Cell Line و تعدادی متغیر است که به‌سختی شبیه محیط واقعی بدن است.
محققان در سوئیس Gut on a chip (دستگاه گوارش بر روی یک تراشه) خود را ایجاد کرده‌اند که شبیه‌ساز دستگاه گوارش انسان بوده و Nutrichip نام دارد.
آن‌ها امیدوارند از این دستگاه میکروفلوئیدیک برای مطالعه نقش غذا در تعدیل سیستم ایمنی بدن با تمرکز اصلی بر روی مواد غذایی لبنی استفاده نمایند.
آشنایی با Nutrichip
مرکز توجه Nutrichip در اصل تجزیه‌وتحلیل حضور و سینتیک بیومارکرهای التهابی بعد از یک وعده غذایی می‌باشد که سبب آشکارسازی اثر برخی از غذاها در بدن انسان می‌شود.
به‌عنوان‌مثال، محصولات شیر نه‌تنها مواد مغذی بدن را فراهم می‌نمایند بلکه از طریق باکتری‌ها، پروتئین‌ها و پپتیدهای زیست فعال در عملکردهای فیزیولوژیکی بدن نیز تأثیر می‌گذارند.
در حقیقت هدف Nutrichip کنترل این عوامل می‌باشد که باعث تعدیل ساخت سیتوکین‌های التهابی می‌شوند.
Nutrichip لایه‌نازک سلول‌های اپیتلیال روده و سیستم ایمنی‌ای که در فعل‌وانفعال با آن می‌باشد را شبیه‌سازی می‌نماید.
در این سیستم، سلول‌های اپیتلیال مواد غذایی را برای متابولیزه شدن در بدن به گردش خون هدایت کرده و سیستم ایمنی در مقابل ارگانیسم‌های پاتوژن که وارد بدن شده‌اند، از بدن دفاع می‌نماید.
نه‌تنها سلول‌های اپیتلیال سعی در خارج نگه‌داشتن پاتوژن ها می‌نمایند، بلکه می‌بایستی پاتوژن هایی را که به لایه ایمنی رسیده‌اند فیلتر کرده تا تحمل ایمونولوژیک به مواد مغذی را حفظ نمایند.
آینده دستگاه‌های Nutrichip
پژوهشگران امیدوارند که با این روش بتوانند فعالیت التهابی وعده‌های غذایی، فعالیت ضدالتهابی فراورده‌های لبنی و زیست دسترسی مواد مغذی در غذاهای هضم شده را اندازه‌گیری نمایند.
برای به واقعیت رساندن این موارد پژوهشگران همچنین درصدد ایجاد توانایی‌های هضمی بر روی یک تراشه هستند.
این کار می‌تواند برای درک حساسیت‌های غذایی بسیار مفید باشد، چراکه این روزها حساسیت‌های غذایی بیشتر شده است که می‌تواند به دلیل تغییرات در زندگی مدرن باشد.
دستاوردهای Nutrichip
Nutrichip سبب نظارت بر پاسخ سلول‌های ایمنی به محرک‌های التهابی مانند لیپوپلی ساکاریدها می‌شود.
همچنین، باعث استفاده از غذاهای لبنی به‌عنوان ضدالتهاب‌های بالقوه می‌گردد.
این پاسخ‌های متفاوت از طریق اندازه‌گیری تفاوت در بیان سیتوکین های التهابی مانند اینترلوکین 1 و اینترلوکین 6 که توسط سلول‌های ایمنی ترشح می‌گردند، تعیین می‌شود و این کار از طریق یک تصویربرداری نوری انجام می‌گیرد.
یک سری از محصولات لبنی برای ویژگی‌های ضدالتهابی‌شان با استفاده از سیستم Nutrichip غربالگری شده و در انتها نتیجه Nutrichip با یک Human Nutrition Trial تائید اعتبار می‌شود.
بنابراین، پلت فرم Nutrichip یک گزینه جدیدی برای ارزیابی اثر کیفیت غذا بر روی سلامت از طریق نظارت بر بیان بیومارکرهای مربوط به سلول‌های ایمنی می‌باشد.
محققان لایه آپیکال را با TNF-α و LPS (لیپوپلی سا کارید) که در غشاء باکتری‌های گرم منفی دیده می‌شود برای 24 ساعت تیمار کردند. این امر منجر به ترشح قابل‌توجهی از سیتوکین اینترلوکین 6 (IL-6) در محیط کشت بازولترال شد.
بااین‌حال، سلول‌های Caco-2 بسیار خوب از ماکروفاژها محافظت کردند، زیرا که غلظت LPS بکار برده شده در لایه آپیکالی که درنتیجه واکنش ایجادشده بود سه مرتبه بیشتر از مقدار آن بود که مستقیماً به لایه بازولترال برای تولید همان پاسخ سیتوکینی اعمال می‌شود.
هنگامی‌که ماکروفاژها به‌طور مستقیم با LPS تیمار می‌شدند افزایش قابل‌توجهی در اینترلوکین 6 وجود داشت که نشان می‌دهد که پژوهشگران ممکن است قادر به‌اندازه گیری IL-6 با بیدهای مغناطیسی پیشنهادشده باشند.
این دو آزمایش نشان می‌دهد که پژوهشگران تا حدی می‌توانند از روده تقلید کرده و تأثیری را که ترکیبات خاص یا مواد مغذی بر سیستم ایمنی بدن دارند، بررسی نمایند.
جزئیات این کار در مقاله‌ی “NutriChip: Nutrition Analysis Meets Microfluisdics” در Lab on a Chip آمده است.
روش طراحی دستگاه Nutrichip
این دستگاه از سه قسمت مجزا تشکیل‌شده است، یک‌لایه آپیکالی، یک‌لایه بازولترال و یک غشاء نفوذپذیر که آن‌ها را از یکدیگر جدا می‌کند. این لایه‌ها از PDMS ساخته‌شده‌اند.
لایه آپیکالی با کشت سلول‌های اپیتلیال روده پوشیده شده است. در این مدل از سلول‌های Caco-2 استفاده‌شده است که از آدنوکارسینومای کولورکتال انسانی استخراج‌شده و بیشتر ویژگی‌های مورفولوژیکی و عملکردی سلول‌های روده را نشان می‌دهد.
لایه بازولترال حاوی یک کشت cell line مونوسیتی است که به ماکروفاژها تمایزیافته است.
یک محفظه پایین‌دست مونوسیت ها حاوی بیدهای مغناطیسی است که با آنتی‌بادی‌ها در برابر سیتوکین‌های مورد هدف فعال‌شده است.
این بیدها در جایگاه خود سبب تسخیر و شستشوی سیتوکین ها قبل از تشخیص فلورسنت می‌شوند.
از لایه‌های آپیکال و بازولترال هرکدام با PDMS که از ساختار master مقاوم به نور نگاتیو SU-8 استفاده کرده بودند و از قبل بر روی silicon wafer الگوبرداری شده بود، قالب‌گیری به عمل‌آورده شد.
غشاء نفوذپذیر از طریق transwell insert فراهم گردید و سپس این سه بخش از طریق تیمار سه سطح با اکسیژن پلاسما در فرایندی که حاوی چندین مرحله بود به یکدیگر ملحق شدند.
