In vitro μοντέλα για την διερεύνηση του μικροβιώματος του δέρματος

Τσιρώνη, Στυλιανή

In vitro models for investigating the skin microbiota

Πτυχιακή εργασία

Author

Τσιρώνη, Στυλιανή

Date

2024-10-09

Advisor

Letsiou, Sophia

Πτυχιακή εργασία (1.455Mb)

Keywords

Δερματικό μικροβίωμα ; In vitro μοντέλα ; Μικροχλωρίδα δέρματος ; Οργανοειδή ; Βιοεκτύπωση ; Δερματικές παθήσεις ; Κυτταροκαλλιέργειες ; Αναλύσεις omics ; Δερματικός φραγμός ; Τρισδιάστατα μοντέλα

Abstract

Η προσομοίωση in vitro της μικροχλωρίδας του δέρματος αποσκοπεί στην αντικατάσταση της χρήσης ζώων στην έρευνα. Οι παραδοσιακές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό, περιλαμβάνουν δισδιάστατα μοντέλα κυτταρικών καλλιεργειών, τα οποία, παρά τη χρησιμότητά τους, περιορίζονται στην αναπαράσταση της αρχιτεκτονικής του δέρματος. Τα τρισδιάστατα μοντέλα δέρματος παρέχουν μια πιο ολοκληρωμένη προσομοίωση της δομής και λειτουργίας του ανθρώπινου δέρματος, ενώ η χρήση οργανοειδών και συστημάτων "skin-on-a-chip" επιτρέπει την καλλιέργεια κυττάρων σε μικρορευστομηχανικές συσκευές, αναπαράγοντας το φυσικό περιβάλλον του δέρματος και τις αλληλεπιδράσεις με το μικροβίωμα. Επιπλέον, οι σύγχρονες τεχνικές "omics" προσφέρουν λεπτομερή ανάλυση της μικροβιακής ποικιλότητας και των βιολογικών διεργασιών στις μικροβιακές κοινότητες του δέρματος. Η μεταγονιδιωματική αναλύει το DNA της μικροχλωρίδας, επιτρέποντας την κατανόηση της μικροβιακής ποικιλότητας και του λειτουργικού δυναμικού της. Η μεταγραφομική εξετάζει την έκφραση των γονιδίων σε πραγματικό χρόνο, δίνοντας πληροφορίες για τις μεταβολικές οδούς που είναι ενεργές στις μικροβιακές κοινότητες. Η μεταπρωτεομική αναλύει το πρωτεϊνικό περιεχόμενο της μικροχλωρίδας, αποκαλύπτοντας τη λειτουργία και τη δραστηριότητα των μικροοργανισμών, ενώ η μεταβολομική εξετάζει τους μεταβολίτες, προσφέροντας μια συνολική εικόνα των βιοχημικών διεργασιών. Επιπλέον, οι βιοεκτυπωτές (bioprinting) αποτελεί μια νέα τεχνολογία που επιτρέπει τη δημιουργία σύνθετων τρισδιάστατων δομών δέρματος με ακριβή τοποθέτηση κυττάρων και βιοϋλικών, επιτρέποντας την καλύτερη αναπαράσταση της μικροχλωρίδας του δέρματος και της αλληλεπίδρασής της με το περιβάλλον. Τα ex vivo μοντέλα, από την άλλη πλευρά, χρησιμοποιούν ανθρώπινους ιστούς που διατηρούνται ζωντανοί εκτός του οργανισμού, προσφέροντας μια πιο ρεαλιστική προσομοίωση της ανθρώπινης φυσιολογίας και παρέχοντας κρίσιμες πληροφορίες για τις δερματικές παθήσεις. Έτσι, σε αυτήν την πτυχιακή εργασία αναλύονται όλες οι μέθοδοι που έχουν χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση του ανθρώπινου δερματικού μικροβιώματος καθώς και οι περιορισμοί της κάθε μεθόδου ενώ υπογραμμίζεται η σημασία της συνεχιζόμενης έρευνας και βελτιστοποίησης αυτών των μοντέλων και τεχνικών για την καλύτερη κατανόηση και θεραπεία των δερματικών παθήσεων.

Abstract

The simulation of skin microbiota in vitro aims to replace the use of animals in research. Traditional methods include two-dimensional cell culture models, which, despite their usefulness, are limited in representing the architecture of the skin. Three-dimensional skin models provide a more comprehensive simulation of the structure and function of human skin, while the use of organoids and "skin-on-achip" systems allows for the cultivation of cells in microfluidic devices, replicating the natural skin environment and its interactions with the microbiome. Furthermore, modern "omics" techniques offer detailed analysis of microbial diversity and biological processes in the skin's microbial communities. Metagenomics analyzes the DNA of the microbiota, allowing for the understanding of microbial diversity and its functional potential. Metatranscriptomics examines gene expression in real-time, providing information on the metabolic pathways active in microbial communities. Metaproteomics analyzes the protein content of the microbiota, revealing the function and activity of microorganisms, while metabolomics studies metabolites, offering a comprehensive view of biochemical processes. Additionally, bioprinting is a new technology that enables the creation of complex three-dimensional skin structures with precise placement of cells and biomaterials, allowing for better representation of the skin microbiota and its interactions with the environment. On the other hand, ex vivo models use human tissues maintained alive outside the organism, offering a more realistic simulation of human physiology and providing critical insights into skin diseases. Thus, this research assay analyzes all the methods that have been used to simulate the human skin microbiome and the limitations of each method, while emphasizing the importance of continuous research and optimization of these models and techniques for better understanding and treatment of skin diseases.