Page d'accueil // Université // Actualités // Diaporama // Le modèle gastro-intestinal HuMiX fonctionne comme un véritable organe

Le modèle gastro-intestinal HuMiX fonctionne comme un véritable organe

twitter linkedin facebook google+ email this page
Publié le mercredi, 11 mai 2016

Le système digestif est l'un des organes humains les plus complexes et c'est précisément par ce système que le corps entre en contact avec toutes sortes de composés nutritionnels et d'innombrables 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 et de l'Université d'Arizona aux États-Unis, ont démontré que le modèle d'intestin humain qu'ils ont développé et breveté sous le nom d’HuMiX (Human Microbial Cross-talk) est représentatif des conditions réelles et des processus qui se déroulent dans notre système digestif.

 

 

Grâce à HuMiX, les chercheurs peuvent analyser les interactions complexes entre les cellules humaines et les bactéries, prédire leurs effets sur la santé ou sur le déclenchement de maladies, et étudier l'action des probiotiques et des médicaments. Ils publient leurs résultats dans la revue Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms11535).

Un modèle représentatif du fonctionnement de l'intestin humain

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 dispositif, pas plus grand qu'un sous-verre, 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 ;
  • 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.

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.

Le Dr Pranjul Shah, premier auteur de la publication et co-inventeur de HuMiX, cite l'exemple d'un processus métabolique que les chercheurs du LCSB ont découvert : « Dans une co-culture de cellules intestinales et d'une certaine souche de l'espèce bactérienne Lactobacillus rhamnosus, nous avons déterminé que la production d'un neurotransmetteur, plus précisément l'acide gamma-aminobutyrique (GABA), est stimulée par les cellules intestinales, ce qui indique l'existence d'un mécanisme de communication entre l'intestin et le cerveau. » Les scientifiques avaient déjà observé des preuves d'un tel phénomène plusieurs années auparavant, dans le cerveau de souris nées avec un intestin complètement stérile (entièrement dépourvu de toute flore intestinale), lorsqu'on leur avait inoculé des souches similaires de Lactobacillus. « La capacité de HuMiX à fournir de telles réactions peut être attribuée à la capacité unique de ce modèle de permettre la culture de bactéries anaérobies en présence de cellules intestinales humaines », précise le Dr Shah.

Une contribution à la recherche pour le développement de médicaments

« Grâce à HuMiX, nous pouvons désormais étudier ces effets et des effets similaires à un niveau de précision inégalé », ajoute Paul Wilmes. « Certains éléments laissent à penser, par exemple, que les processus inflammatoires peuvent jouer un rôle dans le déclenchement de maladies neuro-dégénératives comme la maladie de Parkinson. Dans HuMiX, nous pouvons introduire des espèces de bactéries distinctes ou des communautés entières dans l'intestin artificiel pour voir si ces organismes déclenchent ou ralentissent l'inflammation, ou même introduire des neurones et des cellules immunes en même temps que les bactéries. »

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

Cette publication est disponible sur ORBilu : A microfluidics-based in vitro model of the gastrointestinal human-microbe interface

En savoir plus :

© scienceRELATIONS