Les mystères des intestins résolus grâce à un appareil qui simule l'environnement intestinal
Le 1er novembre est la Journée du yaourt Bifidus. Cette journée a été instaurée par Morinaga Milk Industry Co., Ltd., une entreprise qui fabrique et vend du lait, des produits laitiers et d'autres produits.
Les bactéries intestinales qui vivent dans nos intestins ont une relation étroite avec les bactéries Bifidus et lactiques contenues dans le yaourt. Ces bactéries intestinales remplissent diverses fonctions bénéfiques dans notre corps et il a récemment été démontré qu'elles affectent même les fonctions cognitives et immunologiques. En attendant, il y a encore beaucoup de choses que l'on ignore sur les bactéries intestinales. Il est nécessaire de réaliser des expériences et des recherches dans un environnement qui ressemble à l'intestin humain.
C'est pourquoi, en juin 2023, Shimadzu Corporation a lancé des essais de vente d'un « dispositif de co-culture de bactéries intestinales » capable de simuler l'environnement à l'intérieur des intestins. Ce qui suit est tiré d'une interview d'Akira Sen, qui travaille dans la section de recherche sur le microbiote de l'Institut de recherche innovante de la division R&D de Morinaga Milk Industry Co., Ltd.
- *Les ventes d'essai ne sont disponibles qu'au Japon.
N'y a-t-il pas d'oxygène dans les intestins ?
« Bien que l’oxygène soit essentiel à la plupart des activités humaines, il n’y a en réalité presque pas d’oxygène dans les intestins, en particulier dans le gros intestin. La plupart des bactéries intestinales meurent si elles sont exposées à l’oxygène. »
Lorsqu’il a rejoint Morinaga Milk, M. Sen a été affecté aux tests cliniques pour la recherche sur les matériaux et a participé à l’étude des propriétés fonctionnelles des bifidobactéries et des bactéries lactiques. Actuellement, il s’intéresse à l’observation du microbiote intestinal global et à la recherche de nouvelles propriétés fonctionnelles et des mécanismes correspondants. Sa mission est de répondre à la question « Les bactéries présentes dans les intestins humains sont-elles vivantes ? »
Les intestins humains contiendraient plus de 100 000 milliards de bactéries, réparties en plus de 1 000 types différents. * Les bactéries des intestins et les cellules de la couche superficielle des intestins (cellules épithéliales du tube digestif) auraient un effet mutuel qui produirait une grande variété de métabolites. L’étude des mécanismes impliqués dans ces processus nécessite de cultiver simultanément des bactéries et des cellules (co-culture). Les cellules épithéliales du tube digestif ont besoin d’oxygène pour survivre, mais les bactéries intestinales meurent si elles sont exposées à l’oxygène. Il va sans dire qu’il est très difficile de cultiver artificiellement simultanément des cellules et des bactéries, de manière similaire à un tube digestif réel. Un jour, alors qu’il effectuait de telles recherches, un collègue du laboratoire où travaillait M. Sen lui a parlé du « dispositif de co-culture de bactéries intestinales » de Shimadzu.
« Quand j’ai entendu parler de cet appareil pour la première fois, j’ai été très surpris. La co-culture serait une technologie très utile pour étudier l’interaction mutuelle entre les humains et leurs bactéries intestinales, mais j’avais abandonné l’espoir qu’une telle technologie devienne disponible en raison de la difficulté de réaliser une co-culture. Je n’aurais jamais imaginé qu’un appareil dédié serait disponible. »
La co-culture est désormais possible en scellant un milieu de culture contenant de l’oxygène dans un récipient de sorte que le milieu entre uniquement en contact avec les cellules épithéliales intestinales.
Publication d'un article non initialement prévu
M. Sen a commencé à utiliser l'appareil en coopération avec le développement de la version d'essai du dispositif de co-culture de bactéries intestinales.
Dans l’appareil, on place des récipients contenant les cellules épithéliales intestinales et les bactéries intestinales scellées à l’intérieur. Ensuite, le milieu de culture bactérienne est périodiquement remplacé par un nouveau milieu pour empêcher une croissance bactérienne excessive. La simulation de l’environnement intestinal de cette manière permet de co-cultiver des cellules et des bactéries en environ 3 jours. M. Sen a estimé que « l’unité d’essai était capable de reproduire l’environnement à l’intérieur des intestins beaucoup plus fidèlement que je ne l’aurais imaginé ». Peu à peu, il a commencé à penser que « peut-être pourrait également être utilisé pour évaluer les interactions entre les métabolites produits par les cellules épithéliales intestinales et les bactéries intestinales ».
L'analyse de la solution de culture de l'appareil a révélé que la quantité de métabolites à effet immunorégulateur (comme l'acide indolelactique) avait augmenté en raison de l'action des bactéries intestinales (bifidobactéries) sur les métabolites produits par les cellules épithéliales intestinales. Cela a montré une relation entre les cellules épithéliales intestinales et les bactéries intestinales plus clairement que prévu. Ces résultats ont été publiés dans un article inclus dans le numéro d'avril 2023 de la revue scientifique Frontiers in Microbiology.
« Après avoir publié cet article, j’ai ressenti de la gratitude. J’étais très heureux d’avoir reçu autant de soutien de la part de personnes impliquées, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur de l’entreprise. »
Co-culture obtenue en créant des conditions aérobies dans les zones en contact avec les cellules épithéliales intestinales et des conditions anaérobies dans les zones en contact avec les bactéries intestinales.
M. Sen s’intéresse aux métabolites depuis ses études. Il utilisait déjà les instruments d’analyse et de mesure Shimadzu et a donc été surpris d’apprendre qu’un tel dispositif de co-culture existait.
« J’avais l’impression que les appareils Shimadzu étaient principalement utilisés pour des applications chimiques, et je ne savais pas que Shimadzu était également impliqué dans les sciences de la vie. Au cours de ce projet, les nombreuses discussions avec les ingénieurs Shimadzu m’ont permis d’être témoin de leur processus d’amélioration continue, même pour des spécifications détaillées. Cela a renforcé mon impression de Shimadzu en tant que fabricant qui accorde de l’importance aux sentiments des utilisateurs lorsqu’ils utilisent ses produits. »
Proposer des produits de manière convaincante
M. Sen dit que son objectif est de déterminer comment appliquer les résultats expérimentaux aux produits au lait Morinaga.
« Les fonctions des bactéries intestinales reproduites dans des éprouvettes diffèrent encore considérablement des phénomènes réels dans l’organisme. Par exemple, même si des composants bénéfiques pour la santé sont découverts en laboratoire, il n’est pas certain qu’ils soient réellement bénéfiques pour l’organisme, où des facteurs complexes interagissent. Nous devons encore développer une méthode in vivo pour vérifier dans quelle mesure ces conditions de laboratoire se rapprochent des conditions réelles à l’intérieur de l’intestin. De plus, nous devons appliquer ces résultats de recherche au développement de produits dès que possible. »
Traiter le microbiote intestinal comme un organe qui peut être modifié
« Le microbiote intestinal peut avoir des répercussions sur différents aspects de la santé. On peut donc le considérer comme un organe du corps. Notre microbiote intestinal est en constante évolution en raison des effets importants de notre alimentation. Normalement, si un organe ne fonctionne pas correctement ou est affecté par une anomalie congénitale, il doit être traité avec des médicaments. De même, notre microbiote intestinal peut être modifié en modifiant nos habitudes alimentaires ou notre mode de vie. Ce point m’a beaucoup intéressé et c’est la raison pour laquelle je continue mes travaux de recherche. »
La curiosité de M. Sen ne s'arrête jamais. Avec ses collègues, il souhaite contribuer à la santé des gens. C'est pourquoi Shimadzu, qui fonctionne selon le principe de gestion « Réaliser nos souhaits pour le bien-être de l'humanité et de la Terre », soutient M. Sen dans son défi de résoudre les mystères des bactéries intestinales.
M. Sen (à gauche) et son collègue M. Nishimura qui ont participé à l'entretien
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