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Avec HuMiX, modèle d’« interaction croisée entre l’humain et les microbes », les cellules intestinales humaines et les bactéries peuvent être cultivées ensemble dans un espace très restreint et dans des conditions représentatives.

Le nouvel outil "HuMiX" permet aux chercheurs d'observer la communication entre bactéries et cellules humaines du système digestif. 

Le système digestif est l'un des organes humains les plus complexes. C'est précisément par ce système que le corps entre en contact avec toutes sortes de composés nutritionnels et d'innombrables bactéries. Afin de pouvoir étudier les interactions entre les cellules humaines et les bactéries, des scientifiques du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) de l'Université du Luxembourg, en collaboration avec des chercheurs du Luxembourg Institute of Health (LIH) et de l'Université d'Arizona aux États-Unis, ont développé et breveté un modèle d'intestin humain qui fonctionne comme le modèle naturel. 

Les chercheurs ont démontré que HuMiX - tel est le nom du dispositif de la taille d'un sous-verre, est représentatif des conditions réelles et des processus qui se déroulent dans notre système digestif. Avec ce modèle, les chercheurs peuvent analyser à quel point les interactions complexes entre les cellules humaines et les bactéries on des effets sur la santé ou sur le déclenchement de maladies. Ils peuvent également étudier l'action des probiotiques et des médicaments.

Observer les interactions entre les bactéries et le cellules intestinales en temps réel

Avec HuMiX ("Human-Microbial Cross-talk"), les cellules intestinales humaines et les bactéries peuvent être cultivées ensemble dans un espace très restreint et dans des conditions représentatives. Le dispositif est constitué de trois compartiments. Le compartiment supérieur est le niveau d'approvisionnement d'où les nutriments viennent alimenter en continu les cultures cellulaires situées en dessous. Les cellules humaines se développent sur une membrane très fine dans le compartiment du milieu, tandis que les bactéries se multiplient dans le compartiment inférieur.

« Avec HuMiX, nous pouvons observer les interactions entre les bactéries et les cellules intestinales en temps réel », explique le professeur Paul Wilmes, directeur du groupe Eco-Systems Biology du LCSB et co-inventeur de HuMiX. L'outil représente un nouvel outil pour la recherche sur le microbiome. Le microbiome humain, la communauté de tous les organismes microbiens qui vivent à l’intérieur de et sur notre corps, apparaît comme un domaine de recherche clé dans lequel le groupe du LCSB est également très impliqué.  

HuMiX fournit une représentation tout à fait exacte des processus cellulaires et moléculaires à l'œuvre dans l'intestin humain

Pour leurs tests confirmant la validité des expériences menées avec HuMiX, les chercheurs ont employé des cultures pures de différentes souches bactériennes. « À l'aide de méthodes analytiques de pointe développées par le LCSB, nous avons ensuite étudié comment l'activité génétique et le métabolisme des cellules épithéliales de l'intestin changeaient en fonction de la souche bactérienne utilisée dans HuMiX », précise le professeur Wilmes. « Une comparaison de nos données avec les résultats d'autres groupes de recherche ayant travaillé sur les humains ou les animaux montre une forte convergence. » Cela signifie que HuMiX fournit une représentation tout à fait exacte des processus cellulaires et moléculaires à l'œuvre dans l'intestin humain. « Grâce à HuMiX, nous pouvons également étudier des processus jusque-là inaccessibles aux méthodes expérimentales existantes », ajoute le professeur Wilmes.

Applications dans la recherche clinique

En outre, le professeur Wilmes y voit un avantage non seulement pour la recherche fondamentale, mais également du point de vue de l'application clinique : « Avec HuMiX, nous pouvons désormais également analyser comment les probiotiques, les composés nutritionnels ou les médicaments affectent la physiologie humaine. Nous nous attendons à voir des indicateurs concrets de la manière dont ces thérapies doivent être affinées pour se montrer plus efficaces à l'avenir. »

Le Dr Pranjul Shah, désormais expert en innovation et développement commercial au LCSB et premier auteur de l’étude, voit également cette technologie comme un atout économique  ; il prépare d’ailleurs une société dérivée appelée OrgaMime en tant qu’entrepreneur en résidence. Il dit: « HuMiX est bien positionné pour devenir une technologie utile pour toute une série de programmes de découvertes médicamenteuses au sein de nouvelles sociétés, aussi bien pharmaceutiques que nutraceutiques. Cette technologie peut permettre de mieux comprendre et donc de favoriser la découverte de nouveaux traitements contre l’obésité, la maladie inflammatoire chronique de l’intestin, le diabète, le cancer et les maladies neurodégénératives. »

Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications

Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Nature Communications. Dans leur publication, les scientifiques avancent des preuves démontrant que HuMiX est un outil adapté pour appréhender toute une série de processus moléculaires impliqués dans l'interaction entre les cellules humaines et les bactéries.

Le projet HuMiX a reçu le soutien du Fonds National de la Recherche (FNR) dans le cadre des programmes de financement ATTRACT, CORE, Inter mobility, Accompanying Measures 2c, Proof-of-Concept et AFR.

Auteur: Université du Luxembourg
Vidéo: Université du Luxembourg

Infobox

Mikrobiom

Das Mikrobiom beschreibt die Gemeinschaft aller mikrobiellen Organismen, die in und auf unserem Körper leben, und die Organismen in unserem Darm machen ca. 1,5 kg unserer eigenen Körpermasse aus. Seit den letzten 5 Jahren wird dieses Ökosystem unseres Körpers wegen seiner potenziell enormen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Krankheiten intensiven Studien unterzogen.

HuMiX

HuMiX steht für „Human-Microbial X(cross)-talk”. HuMiX stellt ein „Organ-on-a-Chip“-Modell des menschlichen Gastrointestinaltraktes dar, um die Wechselwirkungen zwischen menschlichen und mikrobiellen Zellen zu untersuchen, wie sie im Darm auftreten. 

Publikation

Der Artikel „A microfluidics based in vitro model of gastrointestinal human-microbe interface“ ist hier zu finden: [DOI: 10.1038/ncomms11535].

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