MicroBio: piattaforma bioingegnerizzata per la coltura dinamica del microbiota intestinale umano

Il microbiota intestinale umano (MIU) ha un ruolo fondamentale nella fisiopatologia dell’ospite: instaura infatti una simbiosi profonda con l’organismo e la disbiosi intestinale è associata a numerose patologie. I modelli in vitro sono strumenti potenti per studiare il MIU ed il suo crosstalk con l'ospite, ma la loro miniaturizzazione e la co-coltura MIU-cellule eucariotiche, senza contatto diretto, costituiscono ancora una sfida. Pertanto, il lavoro di tesi presenta un’innovativa piattaforma di microfluidica che combina la coltura dinamica in vitro del MIU ad un circuito di micro-dialisi, per consentire il crosstalk chimico MIU-cellule eucariotiche, evitando il loro contatto fisico. La piattaforma comprende una camera di anaerobiosi che ospita 4 dispositivi microfluidici a struttura modulare, i quali integrano una camera batterica ed un circuito di micro-dialisi. Il prototipo ha mostrato un’ottima tenuta idraulica per almeno 72h. Le simulazioni numeriche hanno confermato la generazione di shear stress fisiologici nella camera di coltura ed un’ottima performance di dialisi in co-corrente, con raggiungimento dello stazionario dopo 25h. La piattaforma è stata inoltre progettata per consentire la connessione con sistemi di coltura cellulare e/o l’integrazione in piattaforme multiorgano. Il sistema costituisce uno strumento promettente per valutare gli effetti indiretti del MIU sulle cellule eucariotiche, esponendole ai surnatanti dializzati delle colture in vitro del MIU stesso. The human gut microbiota (HGM) plays a key role in host pathophysiology: it establishes a deep symbiosis with the organism, and gut dysbiosis is associated with numerous diseases. In vitro models are powerful tools to study HGM and its crosstalk with the host, but their miniaturization and HGM-eukaryotic cell co-culture, without direct contact, are still a challenge. Therefore, this thesis work presents a novel microfluidics platform that combines in vitro HGM culture with a micro-dialysis circuit to enable HGM-eukaryotic cell chemical crosstalk, avoiding their physical contact. The platform includes an anaerobic chamber that houses 4 microfluidic devices with a modular structure, and they integrate a bacterial chamber and a micro-dialysis circuit. The prototype showed excellent hydraulic tightness for at least 72h. Numerical simulations confirmed the generation of physiological shear stress in the culture chamber and a very good co-current dialysis performance, with steady-state reached after about 25h. The platform is also designed to allow connection with cell culture systems and/or integration into multi-organ platforms. The system is a promising tool for evaluating the indirect effects of HGM on eukaryotic cells by exposing them to dialyzed supernatants from in vitro cultures of HGM itself