Human Gut Microflora Simulator (SHIME) on hienostunut, toimiva in vitro -simulaatio ihmisen ruuansulatusjärjestelmästä. Sen avulla voit asuttaa suolen eri osia sopivalla mikroflooralla pitkäksi aikaa. Lisäksi se jäljittelee maha-suolikanavan ja paksusuolen eri osia. Ja nämä simuloidut järjestelmät tarjoavat yksityiskohtaista tietoa fermentaatiotyypeistä ja niiden sijainnista koko suolessa. Järjestelmä mahdollistaa paremman realistisen arvion ruoan tai ravintoaineiden vaikutuksesta pre- ja probiootteihin 2-3 viikon jatkuvan käytön jälkeen. Saman keston aikana tehdyt tutkimukset simuloivat näiden tuotteiden uudelleensulatusta. SHIME:llä simuloidaan erilaisia ruoansulatuskanavan tyyppejä, sekä lapsia että aikuisia ja vanhuksia, sekä sen epätyypillisiä tiloja, kuten patogeenisen mikroflooran aiheuttamia infektiosairauksia [1] [2] .
"SHIME" on lyhenne sanoista "Simulator of Human Intestinal Microbial Ecosystem", ja vuodesta 2010 lähtien ProDigest ja Gentin yliopisto ovat rekisteröineet nimen yhdessä [1] .
SHIME koostuu viiden reaktorin sarjasta, jotka simuloivat ihmisen maha-suolikanavan eri osia. Kaksi ensimmäistä reaktoria toimivat täyttö-tyhjennysperiaatteella, simuloiden ruoan saannin ja ruoansulatuksen eri vaiheita. Peristaltiikkaa simuloivien pumppujen avulla tietty määrä SHIME-ruokaa (140 ml kolme kertaa päivässä) ja haimanesteen simulointi sapen kanssa (60 ml 3 kertaa päivässä) pääsee mahaan (V1) ja ohutsuoleen (V2) ) vastaavasti. ). Tämän mukaisesti tietyn ajan kuluttua reaktorit tyhjennetään.
Loput kolme osaa simuloivat paksusuolea. Näissä reaktoreissa on tietty määrä ruokaa, jota sekoitetaan jatkuvasti pH:n hallinnassa. Kylvämällä ulosteen mikrobiota nämä reaktorit simuloivat nousevaa (V3), poikittaista (V4) ja laskevaa (V5) paksusuolia.
Järjestelmän kunkin sektorin ympäristön tila on jatkuvasti tietokoneen hallinnassa. TWINSHIME-versio pystyy tarjoamaan mahdollisuuden suorittaa kaksi tutkimusta rinnakkain (yleensä interventio ja kontrolli).
SHIME voidaan muuntaa M-SHIME:ksi lisäämällä mikrokosmosta kolmeen musiinilla päällystettyyn paksusuoleen. Limakerroksessa sijaitsevat bakteerit asuvat mikrokosmoissa ja muodostavat limakalvokerroksen reaktoriin. Puolet mikrokosmuksesta liikkuu kolmen päivän välein simuloi limakalvokerroksen liikettä suolessa, mikä mahdollistaa sen limakalvon simuloinnin. Myöhemmin saaduissa mikrokosmosissa sijaitsevat bakteerit poistetaan, mikä mahdollistaa pesäkkeen karakterisoinnin.
Human Gut Microflora Simulator (SHIME) on kehittynyt toiminnallinen ihmisen suoliston simulaattori, joka kehitettiin vuonna 1993 [8] . Ihmisen suolen ja sen osien monimutkaisten simulaattoreiden kehitys perustuu ulosteen mikroflooran ja suoliston mikroflooran välisten erojen havainnointiin in vivo riippuen viljelyolosuhteista ja niiden metabolisesta aktiivisuudesta. Ulosteen mikrobiotan kolonisaatio yksivaiheisessa kemostaatissa oli ensimmäinen yritys saada aikaan paksusuolen kaltaisia olosuhteita, joita voidaan soveltaa lyhyen aikaa ympäristöparametreilla, kuten pH:lla, redox-potentiaalilla, sisään tulevilla ravintoaineilla ja jatkuvasti. mikrobien kasvudynamiikan muuttaminen. Kylvösuolen mikroflooran eliniän pidentämiseksi on kehitetty puolijatkuvia fermentoreita, jotka simuloivat säännöllistä ravinneväliaineen saantia ja mikro-organismien jätetuotteiden poistumista. Tyypillisesti vain fermentoria käytetään simuloimaan järjestelmiä, vaikka paksusuolessa on monia osastoja, joissa on eroja ravinteiden imeytymisessä, entsymaattisessa aktiivisuudessa, mikro-organismiviljelmissä ja ympäristöolosuhteissa. Siksi on mahdotonta simuloida paksusuolen mikroflooran viljelmiä vain yhdellä osastolla simuloimalla sitä. Tätä varten kehitetään useita kehittyneitä reaktoreita, jotka simuloivat paksusuolen ontelon eri olosuhteita, joten SHIME on yksi uusimman sukupolven suolistosimulaattoreista.
Teknisesti SHIME on parannus University of Readingin simulaattoriin, joka esiteltiin vuonna 1989, ja se simuloi nousevan, poikittaisen ja laskevan paksusuolen olosuhteita. SHIME eroaa Reading-mallista siinä, että siinä on osa, joka simuloi ylemmän ruoansulatuskanavan olosuhteita, ja se on sarja viidestä komponentista, jotka simuloivat sekä ylempää (vatsa, ohutsuoli) että alempaa (nouseva, poikittainen ja laskeva paksusuoli). . suolisto) ruoansulatuskanavan osissa.
Koko SHIME-reaktori toimii 37 °C:ssa, ja siinä on kaksinkertaiset lasiastiat, jotka muodostavat yhteyden peristaltiikkaa simuloiviin pumppuihin. Ensimmäiset kaksi reaktoria toimivat täyttö-tyhjennysperiaatteella, jolloin vatsaa ja ohutsuolea edustaviin osiin syötetään tietty määrä ravintoalustaa kolmesti päivässä sekä haimamehun ja sapen simulointi. Väliaine koostuu hiilihydraatti- ja proteiinikomponenteista, joihin on lisätty limaa, vitamiinien ja kivennäisaineiden seosta. Kun ruoansulatus on varmistettu osastoilla, jotka ovat mahalaukku ja suolet, ruokaseos menee nousevan paksusuolen suonen läpi, jossa suoliston ruoansulatusprosessi alkaa. Kolmen paksusuolen osan sisältö sekoitetaan jatkuvasti ja alistetaan pH-säädölle. Ruoansulatuskanavan ylempien osien retentioajan modulointi suoritetaan muuttamalla substraatin kulkunopeutta mahalaukkua ja suolia simuloivista osista, kun taas modulointi paksusuolea simuloivassa osassa tapahtuu tilavuutta muuttamalla siinä sijaitsevasta substraatista. Se riippuu kohderyhmästä ja säilytysaika voi vaihdella 24-72 tunnin välillä.
SHIME-järjestelmän mahasimulaatio-osa toimii pH-arvolla 2,0, jota tietokone ohjaa täysin, ja se ohjaa myös pH-parametreja mahalaukun ja suoliston ruoansulatuksen aikana. Ohutsuolea simuloiva leikkaus toimii yleensä neutraalissa tai lievästi happamassa ympäristössä, kun taas paksusuolen osan pH on välillä 5,6-5,9 nousevassa paksusuolessa, 6,1-6,4 poikittaissuolessa ja 6,6-6,9 laskevassa paksusuolessa. Digestoidun seoksen sekoittaminen vastaavissa osastoissa suoritetaan magneettisekoittimilla. Koko SHIME-järjestelmä pidetään anaerobisessa ympäristössä ja vastaavien osastojen tila puhdistetaan päivittäin N2-kaasulla tai N2/CO2-kaasuseoksella suhteessa 90/10%.