Les scientifiques ont une nouvelle vision de la digestion

Nos micro-organismes intestinaux, connus collectivement sous le nom de microbiote intestinal, affectent bien plus que la digestion. Les bactéries présentes dans nos voies intestinales influencent l'activité cérébrale - et même la probabilité de développer des troubles mentaux. Des décennies de recherche ont montré qu'un intestin déséquilibré sur le plan bactérien peut perturber de nombreux systèmes du corps humain, contribuant à l'obésité, à la malnutrition et même au cancer. Dans une étude publiée le 10 mai dans Nature, les chercheurs et collaborateurs de Stanford Medicine ont utilisé un dispositif ingérable pour capturer la diversité des micro-organismes, des virus, des protéines et de la bile dans l'intestin grêle.

Les résultats de la preuve de concept fournissent des preuves préliminaires qu'il existe des moyens plus complets de mesurer le microbiote dans le système digestif que les méthodes d'échantillonnage actuelles - qui se concentrent principalement sur les selles - et jettent un nouvel éclairage sur la façon dont les microbes intestinaux résidents pourraient contribuer à la physiologie humaine. et la maladie.

"Cet article démontre un grand pas en avant dans la détection microbienne et capture le microbiote intestinal vivant en un mot", a déclaré le co-auteur principal KC Huang, PhD, professeur de bioingénierie et de microbiologie et immunologie, co-auteur principal avec David Relman, MD, professeur de médecine et de microbiologie et immunologie. "Les échantillons des outils actuels ne représentent pas entièrement ce qui se passe à l'intérieur de nous. Mais c'est tout ce que nous avons eu - jusqu'à présent."

L'intestin grêle est souvent l'endroit où de nombreuses maladies se manifestent, mais le microbiote de l'intestin grêle a été difficile à capturer, en particulier par rapport à la facilité de prélèvement d'échantillons de selles, qui est l'un des moyens traditionnels par lesquels les chercheurs étudient le microbiome intestinal humain. Les médecins peuvent également prélever des fluides dans l'organe par le biais de procédures d'endoscopie supérieure - dans lesquelles un patient avale un long tube flexible - ou de dissections de cadavres. Cependant, plusieurs mises en garde (pensez à la contamination par des organes voisins tels que l'estomac) peuvent rendre un tel échantillonnage non représentatif du microbiote vivant dans les intestins.

Avec la capsule, pour la première fois, selon Huang, les scientifiques ont mesuré les microenvironnements de l'intestin grêle chez l'homme, capturant une vue plus nuancée de l'intestin grêle et montrant que différentes régions de l'organe abritent différentes bactéries.

D'autres outils ingérables non invasifs ont été conçus pour échantillonner le tractus intestinal chez les porcs et les primates, le premier développé en 2019. Le dispositif Stanford Medicine, qui a à peu près la taille d'une pilule, peut être utilisé chez l'homme et peut prélever plus de quatre fois le volume des appareils précédents, capturant le microbiote dans différents segments de l'intestin grêle. La capsule est creuse - une simple vessie qui s'ouvre à intervalles - contrairement aux autres capsules, qui sont chargées d'électronique, ce qui limite leur utilisation généralisée en raison de la complexité et du coût de fabrication.

L'appareil est conçu pour échantillonner l'intestin grêle à des niveaux de pH définis (différentes parties de l'intestin ont des niveaux de pH différents). Les participants ont avalé quatre dispositifs par collecte, chacun s'ouvrant pour collecter du matériel biologique à un niveau de pH différent. Au fur et à mesure que la capsule se fraye un chemin dans le tractus intestinal, le revêtement des récipients d'échantillonnage se dissout, ouvrant la vessie de collecte et aspirant les fluides à travers la valve.

Au cours de l'étude, les scientifiques ont collecté un total de 240 échantillons de microbiome de 15 personnes deux fois par jour pendant deux jours. Les dispositifs de collecte ont testé la majeure partie de la longueur de 30 pieds de l'intestin grêle, bien que certains échantillons n'aient pas été analysés car la capsule n'a pas collecté suffisamment de liquide. L'équipe a finalement analysé 210 échantillons d'appareils, ainsi que 29 échantillons de salive et 58 échantillons de selles, prélevés les mêmes jours que les échantillons d'appareils ingérables. Les participants à l'étude mangeaient des repas normaux et tenaient un journal alimentaire.

Les capsules ont été collectées une fois qu'elles ont traversé l'ensemble du tube digestif, et les scientifiques ont ensuite séquencé les échantillons et identifié les espèces bactériennes résidentes et collecté des cultures vivantes.

L'une des découvertes les plus remarquables, selon Huang, est ce qui se cachait dans les acides biliaires - le liquide vert sécrété par le foie pour faciliter la digestion. Les acides biliaires affectent presque tous les aspects de notre santé, a déclaré Huang. Ils affectent la façon dont nous digérons les aliments, dont nous absorbons les graisses, dont nous signalons les hormones ; ils tuent également les microbes. Les médecins peuvent même utiliser des acides biliaires pour diagnostiquer les patients atteints du syndrome du côlon irritable, mais ils le font généralement par le biais d'un échantillon de selles.

Les chercheurs ont découvert qu'au moment où les acides biliaires sont transportés dans les selles, ils ont une diversité chimique différente de celle que l'on trouve dans l'intestin grêle. Cette différence marquée démontre que les échantillons de selles n'offrent pas une vue complète de la digestion vivante. "Ce qui sort dans les toilettes n'est pas représentatif de ce qui se passe en amont", a-t-il déclaré. "L'endroit qui nous tient vraiment à cœur est celui où les microbes interagissent, et c'est fascinant de voir le rideau tiré."

Les chercheurs ont compilé une bibliothèque de 461 souches, composées d'au moins 51 espèces, qu'ils espèrent utiliser pour en savoir plus sur la biologie de l'intestin grêle. En général, la diversité des espèces microbiennes était beaucoup plus variable parmi les échantillons intestinaux que les échantillons de selles ou de salive.

Huang s'attend à découvrir que chacun a une empreinte digitale personnalisée dans son petit microbiote intestinal - et que le microbiote varie en fonction de la partie de l'intestin qui est examinée.

Avec des cultures vivantes échantillonnées à l'aide de la capsule, Huang espère aider les écosystèmes intestinaux malades. Il s'attend à traduire l'enquête sur les espèces de microbiote de cette étude pour créer des greffes fécales plus bénéfiques - des selles prélevées sur une personne en bonne santé transférées dans le côlon d'une personne malade. L'objectif est de reconstituer des microenvironnements qui sont, pour la première fois, mesurés à l'intérieur d'un humain à l'aide de la capsule.

Avant que la capsule puisse faire progresser notre compréhension de la maladie, les chercheurs doivent l'utiliser plus largement pour capturer la variation bactérienne trouvée chez les personnes en bonne santé. Huang s'intéresse à l'étude de la façon dont l'alimentation, les médicaments et les maladies modifient ce qui se trouve dans l'intestin grêle.

"Je pense que la magie de notre capsule est qu'elle va transformer la façon dont les gens pensent de la relation entre le microbiote intestinal et les maladies", a-t-il déclaré, "parce que vous avez cette fenêtre sur l'écosystème que nous n'avions pas auparavant."

Des chercheurs d'Envivo Bio Inc., West Coast Metabolomics Center, Max-Planck Institute of Biochemistry, Chan Zuckerberg Biohub, Pennsylvania State University, Silicon Valley Neurogastroenterology and Motility Center, University of California, Davis and the Veterans Affairs Palo Alto Health Care System ont également contribué à cette étude.

Photo par image-cascade