Dari TikTok hingga teh kombucha, kesehatan usus mengalami momen – setelah kita mendengarnya selama bertahun-tahun. Benar begitu.
Usus Anda – dan campuran beragam bakteri yang dikenal sebagai microbiome – tidak lagi hanya tentang pencernaan. “Kesehatan” usus juga terkait dengan kesehatan jantung, otak, sistem kekebalan tubuh, dan banyak lagi.
Masalahnya: Banyak tentang apa yang terjadi di sana dan bakteri apa yang menghuninya pada tingkat apa – dan bagaimana menafsirkan semuanya – tetap menjadi misteri. Mempelajari usus itu rumit. Penelitian pada hewan mungkin tidak berguna, karena hewan memiliki enzim pencernaan dan bakteri usus yang berbeda dari manusia. Dan tes laboratorium biasa, seperti menumbuhkan sel dalam cawan petri, tidak menangkap betapa kompleksnya usus, bagian tubuh tempat banyak jenis sel tumbuh dan berinteraksi dalam lingkungan yang lembab, mengalir, dan bebas oksigen.
Sebuah teknologi yang muncul, yang disebut “gut on a chip,” berjanji untuk mengubah semua itu, membuka pintu untuk eksperimen yang sebelumnya tidak mungkin dan menjanjikan untuk memajukan penelitian medis, menurut sebuah makalah baru di APL Bioengineering.
Gut Anda di Chip
Ini adalah salah satu kemajuan terbaru dalam teknologi “organ dalam chip”, konsep menempatkan sel manusia dalam perangkat yang dirancang untuk meniru aktivitas organ manusia. Para ilmuwan telah mengembangkan model untuk mensimulasikan organ seperti paru-paru, ginjal, dan vagina.
Untuk membangun usus di atas chip, para ilmuwan membiakkan sel dari jaringan usus dan bakteri.
“Sel-sel ini tidak tumbuh dengan mudah,” kata penulis studi Amin Valiei, PhD, seorang sarjana pasca-doktoral di University of California, Berkeley. “Mereka membutuhkan lingkungan khusus.”
Untuk menciptakan lingkungan itu, para peneliti menempatkan sel di dalam saluran kecil yang dirancang untuk memungkinkan aliran cairan dan kekuatan meniru yang ditemukan di usus. Itu berarti sel-sel dapat berinteraksi satu sama lain seperti di dalam tubuh manusia.
“Model-model ini semakin maju,” kata Valiei. “Dibandingkan dengan beberapa tahun lalu, kami sekarang memiliki model yang dapat menampung beberapa jenis sel.”
Mengapa Ini Penting: Obat-obatan, Penyakit, dan Dysbiosis
Peneliti dapat melakukan percobaan pada model yang akan sulit atau tidak mungkin dilakukan pada manusia.
“Perangkat ini bisa sangat berguna dalam tahap hipotesis untuk menguji obat dan terapi baru,” kata Valiei.
Valiei dan rekan-rekannya di Lab Biomekanik Sel Molekuler UC Berkeley sedang mempelajari bagaimana spesies bakteri yang berbeda berinteraksi dalam model chip usus ini. Secara khusus, mereka mengeksplorasi bagaimana bakteri berbahaya tertentu dapat bertahan di usus – sebuah fenomena yang dikenal sebagai dysbiosis yang terkait dengan berbagai kondisi seperti penyakit radang usus (IBD), sindrom iritasi usus (IBS), diabetes, obesitas, kanker. , dan masalah jantung.
Para peneliti juga menggunakan model gut-on-a-chip untuk mempelajari IBD, kanker kolorektal, dan bahkan efek virus seperti COVID-19 pada fungsi usus.
Untuk memahami bagaimana penyakit berkembang, kita perlu memecahnya menjadi langkah-langkah mendasar, dan model gut-on-a-chip dapat membantu para peneliti melakukannya, kata Christopher Chang, MD, PhD, ahli gastroenterologi di Raymond G. Murphy VA Medical Center di Albuquerque, NM, dan Universitas New Mexico. (Chang tidak terlibat dalam penelitian ini.)
“Kami dapat mengidentifikasi ribuan spesies di usus, dan kami tahu, secara garis besar, mikroba apa yang dianggap bermanfaat, dan mikroba apa yang dianggap tidak bermanfaat,” katanya.
Tapi bagaimana bug individu masuk ke dalam komunitas? Dan kombinasi apa yang menyebabkan usus sehat versus yang tidak sehat? Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini masih belum jelas.
“Kami memiliki cara untuk memanipulasi microbiome, melalui berbagai antibiotik, probiotik, dan transplantasi mikrobiota tinja,” kata Chang. “Tapi kita perlu tahu: Apa yang harus kita manipulasi?”
Ruang untuk Perbaikan
Salah satu bagian usus yang belum tercermin dalam model chip usus adalah sistem saraf enterik, alias “otak kedua” kita – neuron yang tertanam di saluran GI, kata Chang. Beginilah cara usus dan otak berkomunikasi, dan disfungsinya terkait dengan gangguan usus seperti IBS.
Orang dengan IBS dapat mengalami nyeri, diare, atau sembelit meskipun jaringan ususnya terlihat normal pada biopsi. Model Gut-on-a-chip mungkin kurang membantu dalam mengungkap wawasan tentang gangguan ini, meski masih bisa membantu menjawab pertanyaan mendasar.
Koneksi usus-otak masih diklarifikasi, sehingga seiring perkembangan sains, para peneliti mungkin dapat menambahkan wawasan baru ke model usus-on-a-chip di masa depan.
Model Gut-on-a-chip juga bisa berguna di luar penyakit, kata Valiei. Obat apa pun yang Anda telan melewati saluran GI Anda. Jika peneliti dapat menggunakan model gut-on-a-chip untuk mengungkap dengan tepat bagaimana kita mencerna dan menyerap obat, mereka mungkin dapat menyempurnakan cara kita menggunakan obat ini.
Untuk saat ini, dorongan untuk membuat teknologi ini digunakan secara luas. Karena kebutuhan untuk melakukan lebih banyak penelitian, menyempurnakan teknologi, dan mengumpulkan data yang cukup untuk memenuhi regulator, mungkin masih perlu beberapa tahun sampai obat “presisi” semacam ini cukup tepat untuk benar-benar mempersonalisasi penggunaannya bagi pasien. Namun menurut Valiei, ini memang gambaran akurat tentang apa yang akan datang.
Sumber
Amin Valiei, PhD, sarjana pasca-doktoral, University of California, Berkeley.
Christopher Chang, MD, PhD, ahli gastroenterologi, Raymond G Murphy VA Medical Center, Universitas New Mexico.
APL Bioengineering: “Model Gut-on-a-chip untuk membedah mikrobiologi dan fisiologi usus.”