ONTWIKKELING VAN EEN IN VITRO DARMMODEL VOOR HET BESTUDEREN VAN ONTSTEKINGSREACTIES IN DE DUNNE DARM VAN HET VARKEN DOOR MIDDEL VAN FUNCTIONELE TRANSCRIPTOMICS
In de huidige welvarende samenleving komen aandoeningen zoals de ziekte van Crohn, colitis ulcerosa, coeliakie (aangeboren chronische darmaandoening gekenmerkt door glutenintolerantie) en obesitas steeds meer voor. De ziekte van Crohn en colitis ulcerosa zijn beide chronische ontstekingsziekten van het darmsysteem. Ons darmstelsel is noodzakelijk voor de opname van voedsel en tegelijkertijd voor de bescherming tegen vreemde indringers die mee worden opgenomen door het voedsel. Deze darmen worden het best omschreven als een zeer complex en dynamisch systeem. Complex wordt hier gebruikt om de verschillende interacties tussen de enorme diversiteit aan organismen die hiervan deel uitmaken te omschrijven. Deze groep van organismen bevat pathogenen, bacteriën waarvan we ziek kunnen worden en commensalen, noodzakelijke bacteriën voor de bescherming tegen pathogenen en voor onze nutriëntenvoorzieningen. Hierbij is het belangrijk dat er een evenwicht wordt gevonden tussen de verschillende interacties die zich afspelen in de darmen: er heerst immers een constante strijd tussen de gastheer, de antigenen aanwezig in het voedsel, en de aanwezige bacteriën. De hiermee gepaard gaande interesse in de ontwikkeling van darm gerelateerde ziekten, de preventie en genezing ervan duiden het belang aan van een representatief model om deze te bestuderen. Helaas bemoeilijkt deze complexiteit het bestuderen van darm gerelateerde ziekten, en de huidige in vitro (weefselkweek) modelsystemen missen enige complexiteit. Het is daarom belangrijk een beter, complexer in vitro model te ontwikkelen. Hierbij was het belangrijk om stap per stap, van een zeer eenvoudig systeem, complexiteit op te bouwen door het toevoegen van meerdere schakels deeluitmakend van deze darm complexiteit. Op deze manier waren we in staat om een meer op in vivo (het levend dier) gelijkend in vitro model te ontwikkelen. 
In deze studie werd gebruik gemaakt van het varken als model. Recent onderzoek toonde aan dat het varken een relevant model voor de mens kan zijn, zowel in vitro als in vivo. Dit omdat het varken, als niet-primaat, sterke gelijkenissen met de mens vertoont wat betreft zijn anatomie, fysiologie, genetica en immuunsysteem. Het varkens is naast representatief model voor de mens ook een onderzoeksmodel. Wat betekend dat er in de varkensindustrie ook een grote nood is aan onderzoek op darmgerelateerde ontstekingsreacties. De varkensindustrie wordt vaak gekenmerkt door grote verliezen van kleine biggen door een bacteriële infectie die diarree veroorzaakt. Dezelfde bacterie komt ook bij de mens voor en kan reizigers diarree teweegbrengen, vaak door onhygiënische omstandigheden. 
Als eerste stap werd een weefselkweek van dunne darmcellen van het varken (IPEC-J2, ‘intestinal porcine epithelial cell line from jejunum’) bekeken op geschiktheid als basis voor het in vitro</> modelsysteem. We toonden aan dat deze IPEC-J2-cellen kunnen differentiëren tot een cellaag die sterk lijkt op en alle morfologische kenmerken vertoond van in vivo weefsel. 
Als tweede stap werd gekeken of deze cellen in staat waren eenzelfde reactie op darmbacteriën te vertonen als in vivo. De reactie van de cellen op bacteriële stimulansen zoals die kunnen voorkomen in de darm werd onderzocht. De prikkels die we testen waren: lipopolysacharide (een toxine aanwezig in de bacteriële celmembraan), een niet-pathogene Escherichia coli (E. coli), en twee enterotoxigene (toxinen die inwerken op de darm) E. coli (ETEC)-stammen zoals die ook aanwezig kunnen zijn in de microbiota (dit is het geheel van bacteriën aanwezig in de darm, zowel commensalen als pathogenen). De IPEC-J2-cellen bleken in staat om genen van de ontstekingsreactie tot expressie te brengen, net dezelfde zoals werd waargenomen voor darm epitheelcellen in vivo. Door enerzijds de morfologische karakteristieken (stap 1) en anderzijds de gelijkaardige ontstekingsreactie zoals in vivo werden deze cellen als geschikt bevonden voor het bestuderen van ontsteking gerelateerde aandoeningen.
De gebruikte pathogene E. coli, ETEC, is relevant voor zowel de mens als het varken. Deze E. coli stam is in staat om toxines in de darm vrij te geven na aanhechting aan een receptor aan het darmepitheel. Door de afscheiding van deze toxines wordt er een ontstekingsreactie in de darm gestart die gekenmerkt wordt door onder andere diarree, en kan voorkomen bij zowel kinderen, reizigers, pasgeboren kalveren, zeugende of pas gespeende biggen enz. Opdat dit pathogeen ernstige gevolgen zou kunnen hebben moet het eerst met zijn fimbria (voor te stellen als haren die de bacterie omgeven, om zo de omgeving te kunnen aftasten) kunnen binden op een specifieke receptor in de darm. Doordat deze IPEC-J2 cellen over zo een functionele receptor beschikken, is deze cellijn zeer geschikt voor ETEC-onderzoek. Door deze pathogene ETEC stam te vergelijken met een onschadelijke E. coli stam (commensaal) werd er mogelijk een nieuw mechanisme aan het licht gebracht over de werking van ETEC op het darmepitheel, en welke genen daarbij belangrijk zijn.
Naast het ontwikkelen van een geschikt in vitro model was het ook noodzakelijk om deze in vitro resultaten te toetsen aan in vivo resultaten. Daarom werden twee in vivo experimenten uitgevoerd op het varken om enerzijds de invloed van bovenvermelde enterotoxinen, en anderzijds de invloed van een voedingscomponent (AXOS), te onderzoeken. AXOS is een zogenaamd prebioticum, dit is een levensmiddel dat een positieve invloed zou kunnen uitoefenen op bepaalde “goede” bacteriën en zodoende een gezondheidsbevorderende invloed zouden hebben. Een gezonde darmflora draagt immers ook bij aan een algemene goede gezondheid.
Het laatste doel was om aan het ontwikkelde model een belangrijke component toe te voegen, namelijk immuuncellen zoals die ook in vivo voorkomen. Immuuncellen zijn aanwezig in de darm (en in het bloed), en zorgen voor de afweer tegen infecties. Door het toevoegen van deze immuuncellen aan ons in vitro model benaderen we nog sterker de in vivo situatie, aangezien geen enkele cellijn in staat is om de complexe wisselwerking tussen de verschillende celtypes tijdens een ontsteking voor te stellen. De resultaten lieten zien dat voor een evenwichtige reactie zowel de immuuncellen die de ontstekingsreactie versterken als verzwakken aanwezig moeten zijn. Dit is consistent met wat er in het levende dier gebeurd. 
Dit laatste model kan zeker zijn verdienste bewijzen in: het onderzoek naar intestinale ziekten, de ontwikkeling van vaccins en nieuwe geneesmiddelen, het testen van hun efficiëntie en toxiciteit, het bestuderen van interacties tussen gastheer en pathogeen, de rol van functionele voeding enz. voor zowel mens als dier.