Блог

Длина кишечника человека


Длина кишечника у взрослого человека: сколько метров тонкой и толстой кишки

Самым большим органом в организме человека является кишечник. Это главная составляющая пищеварительной системы. На первый взгляд эта трубка выглядит как непривлекательный шланг. Но вряд ли в нашем теле существует орган, который выглядит более увлекательно. Чем больше мы узнаем о его строении, тем более интересным он становится. Учеными было доказано, что больше чем 95% болезней связано с нарушением работы пищеварительного тракта….

Еда, которую мы употребляем, содержит много жира. Жареное, соленое, консервированное, газированные напитки и алкоголь – все это пагубно влияет на наш организм. И в результате происходит нарушение баланса. Увеличение веса – это явный показатель того, что есть сбой в работе обмена веществ в первую очередь.

Токсины, которые накапливаются в организме, расходятся по всему телу, и система не может правильно усваивать еду. Из-за этого не вырабатывается энергия, которая необходима для жизнедеятельности человека. Один классический симптом нарушения работы обмена веществ у женщин – это увеличение живота.

Общая характеристика кишечника

Расположен он в брюшной полости. С ротовой полости выходит в пищевод, проходит в верхней части туловища и уходит в сторону желудка. Для иммунной системы играет очень важную роль и выполняет множество важных функций.

У человека в кишечнике живет значительное количество полезных бактерий, которые защищают его от вредных факторов. Основная задача – переваривание пищи, всасывание полезных веществ. Общая длина кишечника у взрослого человека составляет примерно 4 метра (при жизни).

После смерти его размеры могут увеличиться до 8 метров из-за расслабления мышц. У мужчин и женщин размер отличается, у первых он больше. Также замечено, что он увеличивается с ростом человека. В момент рождения общая длина кишечника уже составляет 3 метра. И в это время этот размер в 6 раз больше роста ребенка.

Внутри кишечной трубы человека находится большое количество микроорганизмов, в том числе полезных бактерий, они называются микрофлорой. Их задача заключается в защите кишечника от патогенных микробов.

Если привычный здоровый баланс нарушен, полезная микрофлора сокращается, состояние здоровья значительно ухудшается. У человека появляется так называемый дисбактериоз. Избавиться от такого состояния можно с помощью пробиотиков и пребиотиков. Первые являют собой полезные бактерии, похожие на те, что обитают в человеческом организме. Вторые это пищевые волокна, так сказать, питание для микроорганизмов.

Кишечник разделен на две части:

  • тонкий,
  • толстый.

Называются они так, потому что имеют разницу в диаметре.

Тонкий кишечник – это наиболее длинная часть кишечника. Он занимает почти всю нижнюю часть брюшной полости. Длина тонкого кишечника взрослого человека составляет около 5–6 метров. Диаметр кишки неравномерный. В одном отделе он 4–6 см, в другом до 3 см.

Толщина стенки равняется 2–3 мм, при сокращении — 4–5 мм. Ее настоящую форму мы можем увидеть только через микроскоп. Интересно то, что в одном квадратном миллиметре кишечной оболочки есть около 30 ворсинок. Они очень маленькие.

Если рассмотреть их в увеличительное стекло, то можно увидеть, что по своей форме они напоминают оленьи рога. В каждой отдельной ворсинке есть маленький кровеносный сосуд. Все сосуды тонкой кишки сначала сходятся, а потом проходят через печень, которая проверяет еду на вредные вещества.

Основная задача наиболее длинной части этой системы у человека – это переваривание еды с помощью специальных веществ. Называются они энзимы. Уже через час после того, как пища переварилась, наступает этап самоочищения. Каждый из нас неоднократно слышал урчание в животе, и чаще всего оно доносится не из желудка, а из тонкой кишки.

Тонкий кишечник является местом, где происходят важные процессы:

  • Белки расщепляются на аминокислоты.
  • Крахмал расщепляется в глюкозу.
  • Фермент липаза расщепляет жиры на жирные кислоты и глицерин.

Важно! Длина кишечника примерно в 2 раза больше высоты среднего роста человека. Это примерно 3,5 метра. Если бы он не был уложен петлями, то в брюшную полость не поместился бы.

Толстая кишка – самая нижняя часть кишечника. Представляет собой заключительный отдел пищеварительного тракта. В ее состав входит слепая кишка, червеобразный отросток и прямая кишка. Находится она в брюшной полости и полости малого таза.

Если в нее поступают остатки непереваренной еды, она обязательно этим займется. В ее структуре нет ворсинок. Толщина толстой и тонкой кишки разная, у первой она больше. Она гладкая и напоминает жемчужные бусы.

Длина толстой кишки примерно около 1,5-–2 метра, диаметр толстой кишки варьируется в разных отделах от 4 до 7 см. Одна из функций – впитывание воды и формирование пищевой каши (каловых масс). Те люди, которые едят много, получают большой объем кала и могут ходить в туалет несколько раз в день. Для организма здорового человека посещение туалета три раза в неделю является нормой.

В нижней части кишечника находится червеобразный отросток – аппендикс. Это небольшая трубочка диаметром 7–10 мм и длиной 150 мм, при воспалении которого необходимо хирургическое вмешательство. Это одно из самых опасных заболеваний.

Различие толстого кишечника и тонкого:

  1. Тонкая кишка имеет розовый цвет, а толстая – сероватый оттенок.
  2. Отличаются по диаметру и толщине стенок.
  3. Мускулатура первого гладкая, у второго – наоборот.
  4. Оболочки толстого кишечника имеют сальниковые отростки. У тонкого их нет.

Это интересно! Какую функцию в клетке выполняют липиды в организме животных

Двенадцатиперстная кишка

Основным звеном для пищеварительной системы считается 12-перстная кишка. Именуют ее так потому, что длина двенадцатиперстной кишки человека равна 12 сложенным пальцам в поперечнике (примерно 20 см).

Двенадцатиперстная кишка у человека она состоит из четырех частей:

  1. Горизонтальная (верхняя) размером 4 см. Расположена косо, имеет изгиб и продолжается в нисходящую.
  2. Нисходящая находится на уровне позвоночника, имеет размеры до 12 см и малоподвижна. Контролирует поступление желчи.
  3. Горизонтальная (нижняя) имеет изгиб вверх длиной до 8 см.
  4. Восходящая совпадает с поясничным отделом, длина ее 5 см. Образует кривизну в зоне соединения с тонкой кишкой.

Прямая кишка

Что касается прямой, это последняя часть толстого кишечника. Туда проникают непереваренные остатки поглощенной пищи, из них формируются каловые массы, которые выводятся из организма благодаря сложной функции желудка и кишечника.

Начинается она на уровне 3-го крестцового позвонка и заканчивается задним проходом. Длина прямой кишки взрослого человека 14–18 см. Диаметр ее меняется от 4 см в начале до 7 см в самой широкой ее части, потом она сужается до размеров отверстия на уровне заднего прохода.

У прямой выделяют два сфинктера – непроизвольный и произвольный. Первый находится внутри тела, произвольный снаружи. У мужчин непроизвольный сфинктер толще, чем у женщин.

Главной функцией прямой кишки является устранение отходов жизнедеятельности из организма. Данная часть является важным элементом кишечника, поэтому работать она должна нормально. Также очень склонна к болезненным состояниям. Если прямая кишка неправильно работает, начинается процесс гниения отходов и происходит отравление организма. Именно поэтому нужно контролировать состояние здоровья.

Явными признаками заболеваниями являются:

  • Снижение работоспособности.
  • Метеоризм (повышенное газообразование, которое приводит к вздутию живота).
  • Боли в голове.
  • Проблемы со стулом.
  • Специфический запах от тела.
  • Колебание температуры (от низкой к высокой).
  • Простудные и вирусные заболевания.

Избежать этих симптомов можно при помощи очищения организма.

Важно! Проблемы с опорожнением кишечника могут быть связаны не только с неправильным питанием, но и с малоподвижным образом жизни. Недостаточная двигательная активность снижает тонус мышц брюшного пресса.

Как улучшить работу кишечника

Несколько рекомендаций для правильной работы кишечника:

  • Овощи. Необходимо употреблять сырые овощи, они богаты клетчаткой, и происходит естественное очищение организма. Можно употреблять морковь, белокочанную капусту, редис, кабачки, свеклу, редис.
  • Яблоки. Как и в вышеперечисленных овощах, в яблоках также содержится большое количество клетчатки. В них присутствует фруктовая кислота, которая хорошо растворяет шлаки.
  • Свежевыжатые соки. Это народное средство, которое поможет сбалансировать уровень рН и вымыть из организма токсины.
  • Каши. К ним можно отнести гречневую, рисовую, пшеничную и другие злаки. Благодаря пищевым волокнам происходит освобождение тела от шлаков и токсинов.
  • Микрокристаллическая целлюлоза. Она поглощает токсины, яды, холестерин и выводит их из организма вместе с калом. Но, принимая МКЦ, нужно обязательно пить много воды, иначе вы рискуете получить запор.
  • Отруби. Они хорошо выводят не нужные организму вещества. Приобрести их можно в любом магазине и в аптеках.

Это интересно! Что такое пластический и энергетический обмен

Анатомия Человека Кишечник

Какова длина кишечника

Вывод

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что кишечник как часть пищеварительной системы – очень интересный и жизненно важный орган человека. Теперь вы знаете, сколько метров кишечник взрослого и ребенка. От его работы зависит и общее состояние организма. Когда пищеварительная система выходит из строя, у человека наблюдаются скачки температуры от низкой к высокой. В организме увеличивается число грибков, и ухудшается самочувствие. В таких случаях необходимо обязательно обратиться к врачу.

Какова длина вашего кишечника? Длина тонкого и толстого кишечника

Кишечник - важная часть вашей пищеварительной системы. Именно там большая часть витаминов и питательных веществ из пищи расщепляется и всасывается в кровоток.

Кишечник выполняет много работы, чтобы дать вам энергию и питание, необходимые для поддержания здоровья, а также для ежедневного функционирования и процветания.

Итак, вы когда-нибудь задумывались, как работает ваш кишечник или какой он длины? Мы поможем вам лучше понять, что делает ваш кишечник.

Тонкая кишка проходит от желудка до толстой кишки. Он продолжает процесс пищеварения, начатый в желудке.

Тонкий кишечник поглощает питательные вещества и воду из переваренной пищи. Фактически, 90 процентов всасывания пищи происходит в тонком кишечнике. То, что осталось от этого процесса, затем попадает в толстую кишку.

Тонкая кишка разделена на три части:

  • Двенадцатиперстная кишка: В двенадцатиперстной кишке различные ферменты, в том числе ферменты поджелудочной железы и печени, используются для дальнейшего расщепления и поглощения частично переваренных питательных веществ из желудка.
  • Jejunum : Дальнейшее переваривание и всасывание происходит в тощей кишке.
  • Подвздошная кишка: Подвздошная кишка поглощает все оставшиеся питательные вещества, которые не были усвоены тощей кишкой. Он связан с первой частью толстой кишки, называемой слепой кишкой.

Тонкий кишечник может быть поражен множеством заболеваний. К ним относятся:

Длина тонкой кишки может варьироваться от примерно 10 футов (3 метров) до более 16 футов (5 метров). Для сравнения: стандартное баскетбольное кольцо имеет высоту 10 футов.

Различные участки тонкой кишки также имеют разную длину. Подвздошная кишка - самый длинный отдел, а двенадцатиперстная кишка - самый короткий.

Поскольку он такой длинный, вы можете задаться вопросом, почему тонкий кишечник вообще называют «тонким». Эта терминология на самом деле относится к диаметру тонкой кишки, который составляет около 1 дюйма (около 2,5 сантиметра).

Несмотря на небольшой диаметр, тонкий кишечник на самом деле имеет очень большую площадь поверхности. Это потому, что его стены покрыты складками и волосками.Эта увеличенная площадь поверхности позволяет лучше поглощать питательные вещества и воду.

Толстая кишка проходит от тонкой кишки до заднего прохода.

Поглощает воду и электролиты из съеденной вами пищи. Все оставшиеся продукты питания, которые не всасываются в толстом кишечнике, превращаются в стул.

Кроме того, бактерии, обнаруженные в толстом кишечнике, могут способствовать дальнейшему расщеплению оставшихся питательных веществ. Такие витамины, как витамин К, также производятся в толстой кишке.

Подобно тонкой кишке, толстая кишка состоит из нескольких частей:

  • Слепая кишка: Слепая кишка получает пищу из тонкой кишки. Он участвует в поглощении воды и электролитов.
  • Ободочная кишка: Ободочная кишка состоит из нескольких частей - восходящей ободочной кишки, поперечной ободочной кишки, нисходящей ободочной кишки и сигмовидной кишки. Как и слепая кишка, она поглощает воду и электролиты.
  • Прямая кишка: Непереваренный пищевой материал перемещается из толстой кишки в прямую кишку.В прямой кишке стул задерживается до тех пор, пока он не будет выведен из организма.
  • Анус: Стул проходит через задний проход и выходит из тела при дефекации.

Есть также некоторые специфические состояния здоровья, которые могут повлиять на толстую кишку. Вот некоторые из наиболее распространенных:

Толстая кишка имеет длину около 5 футов (1,5 метра). Если вы растянете толстую кишку, она будет размером с кровать размера «queen-size».

Ободочная кишка - самая длинная часть толстой кишки.Остальные части - слепая кишка, прямая кишка и анус - намного короче, всего несколько дюймов в длину.

Толстая кишка также имеет больший диаметр, чем тонкий кишечник. Его ширина составляет около 3 дюймов (около 7,6 сантиметра).

Вместе ваши тонкий и толстый кишечник составляют около 15 футов в длину или более.

Согласно исследованию 2014 года, общая площадь поверхности вашего кишечника составляет примерно половину площади площадки для бадминтона.

Ваш кишечник выполняет очень важную работу по расщеплению и усвоению питательных веществ из того, что вы едите и пьете.Как только эти питательные вещества будут поглощены, они могут быть доставлены через кровоток в остальную часть вашего тела.

.

Кишечные черви человека - симптомы, изображения, лечение

Что такое кишечные глисты (гельминты)?

Кишечные черви человека - это паразиты, которые живут в кишечнике человека, поедают содержимое кишечника или сосут кровь из стенок кишечника. Кишечные глисты могут вызвать тяжелую инфекцию, преимущественно у детей в тропических и субтропических регионах. Это чаще встречается в развивающихся странах, где количество надлежащих туалетов и канализации ограничено.

Присутствие паразитов любого вида (включая кишечных червей) в организме или на теле обозначается как заражение .Гельминт - медицинский термин для обозначения кишечных червей. Следовательно, кишечные черви являются заражением гельминтами. Эти кишечные паразиты человека обычно попадают в кишечник через рот через зараженную пищу или воду. Некоторые продукты, в частности мясо животных, с большей вероятностью передают этих кишечных червей человека.

Симптомы заражения кишечными глистами

Кишечные черви могут годами жить в кишечнике человека, не вызывая никаких симптомов.Общие симптомы могут появиться через несколько недель или несколько месяцев после заражения и включают бледность, слабость, усталость (из-за анемии из-за потери крови, высосанной глистами), беспокойство , нарушение сна и потеря веса (из-за потери питательные вещества, используемые червями). Симптомы со стороны брюшной полости могут длиться от нескольких недель до месяцев и включают:

  • Вздутие живота
  • Зловонное дыхание или газы
  • Потеря аппетита
  • Рвота
  • Зуд в анусе
  • в слизистой оболочке стул
  • Кровь в стуле
  • Свободный стул или диарея
  • Глисты, их части или яйца могут быть иногда обнаружены в стуле
  • Зудящая кожная сыпь
  • Отек вокруг глаз
  • Распухшая зудящая шишка на месте проникновения паразита (обычно на стопе).

Источники заражения кишечными глистами человека

Яйца глистов, пролившиеся со стулом людей или животных, инфицированных взрослыми глистами, могут загрязнять почву или воду. Оказавшись вне организма, яйцам требуется несколько дней или недель, чтобы перейти в инфекционную стадию (цисты) или незрелых червей (личинки), которые могут быть проглочены, если вы едите загрязненными почвой руками или когда вы едите сырых немытых овощей .

Еще одним источником кишечных глистов является недовареное инфицированное мясо домашней свиньи, пресноводной рыбы или диких животных (медведь, морж и т. Д.)). Также можно заразиться , проглотив собачьих блох, проглотивших яйца паразитов. Дети могут заразиться инфекцией из песочниц, загрязненных стулом домашних животных. Некоторые виды незрелых червей могут проникать через вашу кожу во время плавания или ходьбы босиком . Когда эти паразиты достигают тонкой или толстой кишки, они превращаются во взрослых червей. Обычные садовые черви обычно не вызывают болезней у человека.

Как кишечные черви вызывают заболевание?

Взрослые черви, длина которых может составлять от 1 миллиметра до нескольких метров, проникают в стенку кишечника и высасывают из нее кровь или свободно живут в кишечнике и используют питательные вещества из содержимого кишечника.Результатом являются воспаление тонкой кишки или толстой кишки и язвы, анемия и дефицит белка, железа и витаминов (в основном A, C, B12). В тяжелых случаях может возникнуть кишечная непроходимость. Личинки могут мигрировать в другие органы (печень, селезенку, мочевой пузырь, мышцы, легкие, мозг), где они образуют кисты и вызывают аллергическое воспаление.

Обычные кишечные черви человека

A. Круглые черви (нематоды)

  • Крупные круглые черви ( Ascaris lumbricoides ) встречаются во всем мире.Эти черви имеют длину несколько дюймов и толщину, как карандаш ( Рис. 1 ).
  • Анкилостомы ( Necator americanus, Ancylostoma duodenale ) чаще всего встречаются в тропических регионах; они примерно полдюйма в длину. Эти черви могут заразиться при ходьбе босиком, так как они проникают через кожу. Попадая в кишечник, они высасывают кровь из стенки кишечника.
  • Власоглав ( Trichuris trichiura ) вызывает заражение, известное как трихоцефалез.
  • Острицы
    • Strongyloides stercoralis
    • Острица или глист ( Enterobius vermicularis ) - белый червь длиной полдюйма; его яйца вызывают анальный зуд.
  • Trichinella spiralis вызывает заражение, известное как трихинеллез. Он может быть получен при употреблении недоваренной зараженной свинины. Паразиты перемещаются из кишечника в мышцы и другие органы, где они образуют цисты - инкапсулированные формы, которые трудно искоренить.Основные симптомы: боль в животе, мышечная боль и боль в суставах, отек глаз и кожная сыпь.

Рисунок 1. Аскарида - Ascaris lumbricoides (несколько дюймов в длину)
(источник: phil.cdc.gov)

B. Трематоды (Trematoda)

  • Schistosoma mansoni причины кишечный шистосомоз (бильгарциоз), в основном в Африке, на Ближнем Востоке, в Карибском бассейне и Южной Америке. Это примерно полдюйма в длину и 1 миллиметр в толщину.Взрослые паразиты живут в венах кишечника и выпускают яйца в полость кишечника. Диагноз ставится при обнаружении яиц в кале и моче.

Рисунок 2. Шистосомный дерматит (зуд пловца) -
- сыпь на предплечье в местах проникновения паразитов
(источник: phil.cdc.gov)

C. Ленточные черви (Cestoda)

  • Рыба ленточный червь ( Diphyllobothrium latum ) заражается инфицированной пресноводной рыбой.Он может превышать 10 метров в длину и встречается в Европе, России и США.
  • Говяжий цепень ( Taenia saginata ) и свиной цепень ( Taenia solium ) могут заразиться недоваренной говядиной или свининой соответственно. Это заражение называется тенейозом. Это чаще встречается в сельских районах по всему миру. Взрослые черви могут быть более 20 метров в длину.
  • Собачий цепень ( Dipyllidium canium ) часто встречается у собак и кошек.Люди заражаются (редко) при поедании собачьих блох, инфицированных личинками ленточных червей. В стуле можно найти частицы размером с рис.

Рисунок 3. Говяжий цепень - Taenia saginata (несколько метров в длину)
(источник: Викимедиа)

Trichicara cati или Trichicara canis можно привлечь, проглотив яйца или собачьи яйца с кошачьими яйцами. стул соответственно. После проглатывания яиц он превращается в личинок, которые мигрируют по органам тела, например, через легкие.Общие симптомы - жар и кашель.

Как диагностируют кишечные глисты?

Если вы страдаете от необъяснимого вздутия живота, диареи, слабости или потери веса, ваш врач должен подозревать кишечных червей (или других кишечных паразитов) как возможную причину. Диагноз подтверждается анализом кала на яйца и паразиты (тест O&P). Hemoccult может обнаруживать кровь в стуле. Анализы крови могут выявить анемию (низкий уровень ферритина и эритроцитов), низкий уровень витаминов A, C или B12, антитела против определенных глистов или повышенный уровень эозинофилов и антител IgE.Яйца остриц из анальной области можно собрать с помощью клейкой ленты , тест .

Лечение кишечных глистов

Однократная доза противоглистного препарата, такого как мебендазол (безопасно для беременных), альбендазол, диэтилкарбамазин, ивермектин или празиквантел , в большинстве случаев убивает паразитов. В течение нескольких дней после искоренения все еще возможно аутоинфекция яиц «стул в рот». Без лечения заражение может длиться годами.

Профилактика кишечных глистов

Следующие элементы должны препятствовать привлечению кишечных паразитов:

  • Мойте руки после посещения туалета, прикосновения к земле или домашним животным и перед едой
  • Скажите детям, чтобы они не касались руками рта и носа
  • Не ходить босиком и не купаться в озерах в тропических районах
  • Избегайте подозрительных ресторанов с плохой гигиеной
  • Хорошо готовьте мясо и рыбу

Каталожные номера:

  1. Аскаридоз.NIH.gov
  2. Общие кишечные паразиты. Medscape.com

Проверено и обновлено 7 августа 2018 г.

.

Объем желудка и длина кишечника

Объем желудка

Приблизительная вместимость желудка (объем хранения) к возрасту [9] :

  • Новорожденный при рождении: 10-20 мл
  • 1 неделя: 30-90 мл
  • 1 месяц: 90-150 мл
  • 1 год: 200-350 мл
  • 2 года: 500 мл
  • 10 лет: 750-900 мл
  • 16 лет: 1,500 мл
  • Взрослый: 1,5–3 или до 4 литров корма [1,2,5,8,9] .

Лица с компульсивным перееданием обладают большей вместимостью желудка, чем в среднем [3] .

Длина кишечника

Приблизительная длина кишечника взрослого человека составляет 7,5-8,5 метра [4,7] :

  • Тонкая кишка: 6-7 м
    • Двенадцатиперстная кишка: 25-50 см
    • Jejunum: 2-3 м
    • Подвздошная кишка: 3-4 м
  • Толстая кишка: 150 см
Ссылки
  1. Объем человеческого желудка Hypertextbook.com
  2. Варон А.Р. и др., 2010, От физиологии опорожнения желудка до понимания гастропареза SciELO
  3. Geliebter A et al, 2001, Емкость желудка у здоровых женщин, женщин с ожирением и булимией PubMed
  4. Университет Акрона (файл ppt)
  5. Ферруа М.Дж. и др., 2010 г., Моделирование динамики жидкости в желудке человека, чтобы получить представление о пищеварении PubMed Central
  6. Длина кишечника человека Гипертекст.com
  7. Тонкая кишка Энциклопедия Нового Света
  8. Внутреннее тело желудка
  9. Chamley CA, 2005 Анатомия развития и физиология детей: практический подход, стр.193
.

Обзор - Органоиды кишечника - Органоиды - Области интересов

Органоиды кишечника

Культуры органоидов кишечника - это трехмерные (3D) модели ткани in vitro, которые включают многие физиологически важные особенности ткани кишечника in vivo. Эти особенности включают поляризованный эпителиальный слой, окружающий функциональный просвет, и все типы клеток кишечного эпителия, присутствующие в пропорциях и относительном пространственном расположении, которые повторяют то, что наблюдается in vivo.

В течение последнего десятилетия произошел резкий сдвиг в доступности инструментов и модельных систем, используемых для изучения кишечного эпителия, с развитием и внедрением кишечных органоидных культур, занимающих центральное место в этом движении. С момента появления модели органоидов тонкого кишечника мышей в 2009 г., –1, в этой области произошел лавинообразный рост, в том числе создание условий культивирования органоидов человека, полученных из первичной ткани толстой кишки, 2 , а также плюрипотентной ткани человека. стволовые клетки (чПСК). 3 Различные экспериментальные методики также были разработаны параллельно и применены к культурам кишечных органоидов с синергетическим с научной точки зрения эффектом. Некоторые из этих методов включают новые инструменты для генетической манипуляции, 4,5 подходы к моделированию заболеваний in vitro 6–9 и инновационную систему совместного культивирования с аутологичными типами клеток 10,11 или бактериями, 12–14 а также модели вирусных инфекций. 15,16 Развитие таких методов применительно к культурам кишечных органоидов значительно увеличило полезность этой модельной системы для самых разных целей.В то время как большая часть первоначальной основы для системы культивирования органоидов изначально возникла из глубоких корней в биологии развития, система моделей созревания теперь применяется в самых разных областях исследований, включая открытие новых лекарств и скрининг лекарств для конкретных пациентов, рак и иммунологию. исследования и патогенез инфекционных агентов. Число исследователей, применяющих системы культивирования кишечных органоидов для обогащения своих конкретных исследовательских программ, быстро растет как в фундаментальных исследованиях, так и в медицинском сообществе.

Эпителий кишечника

Кишечный эпителий включает несколько различных популяций клеток, включая быстро делящиеся кишечные стволовые клетки (ISC), которые облегчают типичный четырех-пятидневный цикл обновления кишечного эпителия взрослых. 17 Это свойство быстрой регенерации при кишечном застое делает кишечник уникально удобной модельной системой для биологии эпителиальных клеток и биологии взрослых стволовых клеток как внутри, так и за пределами специфического контекста функции кишечника.

Эпителий кишечника взрослого человека в основном состоит из шести типов клеток, которые расположены в структуре крипта-ворсинка 18 (Рисунок 1). В основании кишечной крипты ISCs обнаруживаются интеркалированными с клетками Панета, 17 , которым приписывают большую часть передачи сигналов, необходимых для поддержания ниши ISC. Транзитные амплифицирующие клетки представляют собой частично дифференцированные клетки, которые мигрируют вверх посредством физического механизма исключения крипт, когда ISC под ними делятся.По мере того как эти клетки движутся вверх из крипты, они перемещаются по сигнальным градиентам, которые запускают их дифференцировку, давая начало зрелым типам клеток, которые населяют домен ворсинок. Зрелые клетки включают энтероциты, которые составляют большую часть эпителия ворсинок и осуществляют всасывание питательных веществ; бокаловидные клетки, которые выделяют слизь для защиты эпителиальной выстилки и помогают перемещать кишечное содержимое через просвет; и энтероэндокринные клетки, которые реагируют на химические механизмы содержимого просвета, секретируя гормоны в организм для поддержания метаболизма питательных веществ.

Рис. 1. Схема эпителия тонкой кишки, подчеркивающая идентичность и пространственное расположение ключевых типов эпителиальных клеток.

Стволовые клетки LGR5 + сохраняют свою способность к самообновлению и регенерации кишечного эпителия в первую очередь благодаря своему положению в нише стволовых клеток. 2 Кишечная ниша хорошо охарактеризована и, как было показано, состоит из пространственных градиентов высокого WNT и фактора роста эпителия (EGF), в то время как сигналы костного морфогенетического белка (BMP) подавлены.Понимание этих ниш сигнализирует о развитии условий культивирования органоидов кишечника.

Типы органоидов кишечника

Органоиды, полученные из первичных тканей кишечника

Основополагающая работа по системе культивирования органоидов кишечника, вышедшая из лаборатории Ханса Клеверса в 2009 г. -1 , описывает систему культивирования, в которой ниша стволовых клеток взрослых кишечных стволовых клеток воспроизводится in vitro.Это позволяет создать органотипические культуры эпителиальных клеток кишечника, которые поддерживают регенеративные свойства кишечника in vivo. Эти кишечные органоиды, иногда называемые энтероидами, размножаются из эпителиальных кишечных стволовых клеток, которые существуют во взрослой кишечной ткани, и как таковые образуют изолированную эпителиальную структуру в культуре. Эта модель позволяет исследовать эпителиальную систему кишечника и напрямую манипулировать передачей сигналов ниши стволовых клеток без мешающего влияния ассоциированной мезенхимы.

Первый протокол, опубликованный Sato et al. –1 описали выделение интактных кишечных крипт из кишечной ткани мыши и их последующее культивирование с образованием органоидов. Кишечные крипты встроены в купол внеклеточного матрикса Matrigel ® и погружены в питательную среду, содержащую специфические факторы роста, предназначенные для имитации передачи сигналов, присутствующих в основании кишечных крипт in vivo. Эта работа продемонстрировала, что создание кишечных органоидов возможно из отдельных отсортированных LGR5 + кишечных стволовых клеток, полученных в результате диссоциации кишечных крипт. 1 При культивировании с использованием этого метода органоиды образуют эпителиальный монослой, окружающий центральный просвет, а также зарождающиеся домены крипт, которые, как сообщается, содержат кишечные стволовые клетки и клетки Панета, составляющие их нишу. Как и в кишечном эпителии in vivo, клетки, составляющие органоидный эпителий, выталкиваются и отслаиваются в просвет органоида. Это приводит к накоплению клеточного мусора внутри просвета со временем и связанному с этим снижению жизнеспособности культур даже в присутствии соответствующих факторов роста.Поэтому органоидные культуры периодически пассируют, отделяя органоиды от Matrigel ® и разбивая их на фрагменты, которые пересеивают в новые культуры. Этот процесс может повторяться бесконечно с замечательной генетической стабильностью, 19 , и представляет собой эффективный метод размножения популяции кишечных стволовых клеток.

После создания этой системы культивирования для тонкого кишечника мышей она была адаптирована для создания органоидов из тонкой кишки человека, крипт толстой кишки человека и мыши и отдельных стволовых клеток кишечника. 2,20 Хотя органоиды, полученные из крипт кишечника и толстой кишки, имеют много общих характеристик, они также обнаруживают значительные различия. Они отражаются в клеточной динамике тканей in vivo, а также в ответе тканеспецифичных взрослых стволовых клеток на специфические концентрации сигнала ниши, присутствующие в среде для культивирования клеток. Как правило, в то время как культуры органоидов тонкого кишечника мышей имеют тенденцию обнаруживать обширное почкование криптоподобных доменов, органоиды толстой кишки, происходящие из крипт как мыши, так и человека, имеют тенденцию демонстрировать более кистоподобную морфологию со значительно менее выраженным почкованием или отсутствием почкования.Точно так же существует повышенная потребность в передаче сигналов WNT при культивировании органоидов человека по сравнению с мышами. 2 Это вызывает повышенную пролиферацию стволовых клеток и приводит к более кистозному фенотипу для культур органоидов кишечника человека по сравнению с соответствующими органоидами мыши.

Было много улучшений и модификаций базовой методологии культивирования, впервые разработанной для органоидов кишечного эпителия мыши и человека. Эти последующие исследования представили методологии для специальной адаптации системы культивирования для тканей пациентов, полученных из опухоли, с различными зависимостями от факторов роста 21,22 ; выращивание органоидов в форматах, подходящих для скрининга соединений со средней и высокой пропускной способностью 23,24 ; и использование определенных систем внеклеточного матрикса, 25 среди других приспособлений для конкретных приложений.

Органоиды, полученные из плюрипотентных стволовых клеток

Вскоре после внедрения системы культивирования органоидов, полученных из стволовых клеток кишечника, была опубликована методология культивирования органоидов кишечника человека, полученных из плюрипотентных стволовых клеток (чПСК), в которой использовалась большая часть той же методологии для трехмерной культуры органоидов. 3 В отличие от органоидов кишечного эпителия, выращенных из изолированных крипт или LGR5 + кишечных стволовых клеток, кишечные органоиды, полученные из дифференцированных hPSC, включают мезенхимный компартмент, который способствует передаче сигналов в нишах кишечных стволовых клеток, присутствующих в культурах. 18 Органоиды кишечника, полученные в результате направленной дифференцировки hPSCs, также обладают характеристиками, напоминающими долгосрочные процессы, происходящие во время нормального развития тканей; на ранних пассажах органоиды характеризуются отчетливо фетальным кишечным фенотипом, тогда как полное созревание кишечных эпителиальных клеток до сих пор возможно только при трансплантации органоидов в капсулы почек мыши. 26 Повторение развития кишечника в органоидной системе, полученной из hPSC, делает эту модель отличным инструментом in vitro для исследования этапов развития кишечника в экспериментальной системе, которой легко манипулировать. 18 Кроме того, эта система позволяет получать органоиды от отдельных пациентов без необходимости биопсии кишечника или толстой кишки, что делает ее полезным инструментом для исследования фенотипических свойств кишечного эпителия людей с широким спектром генетических характеристик.

Протокол создания кишечных органоидов из недифференцированных клеток включает дифференцировку hPSCs в дефинитивную энтодерму и инициирование спецификации средней / задней кишки в виде монослойной культуры посредством индукции судьбы кишечника в 3D-культуре в виде кишечных органоидов. 3 Интересно, что формирование 3D-культур происходит в этих культурах спонтанно в ходе направленной дифференцировки в заднюю кишку; сфероиды, демонстрирующие маркеры задней кишки, выходят из монослойных культур и могут быть легко выделены из супернатантов культур. Подобно органоидам первичного тканевого происхождения, частично дифференцированные сфероиды затем внедряются в купола Matrigel ® и инкубируются в среде для культивирования клеток, которая способствует их дифференцировке в кишечные клоны и последующему частичному созреванию. 3

Экспериментальные методы, применяемые к органоидным культурам

Широкое распространение и применение культур органоидов кишечника в самых разных областях в значительной степени связано с множеством экспериментальных инструментов и подходов, которым эти культуры поддаются. С момента внедрения базовой методологии культивирования органоидов было много достижений как в разработке, так и в проверке различных методов в системе моделей кишечных органоидов.

Генетическая манипуляция

Ключевой функцией кишечной органоидной системы является способность манипулировать генетической идентичностью клеток, составляющих культуру, особенно по сравнению с проблемами или невозможностью аналогичных манипуляций, выполняемых в моделях in vivo. Культурами кишечных органоидов можно манипулировать генетически с помощью различных средств, включая введение генетического материала через ретро-, адено- и лентивирусную инфекцию 27–29 или электропорацию, 30 , а также специфический сайт-направленный мутагенез с использованием CRISPR Техника редактирования гена Cas9. 31 После применения определенной техники генетической модификации культуры органоидов могут быть восстановлены клонально из одноклеточных суспензий отсортированных стволовых клеток 1,2 или целых диссоциированных органоидов, что позволяет изолировать желаемый генетический вариант для дальнейшего размножения в 3D культура. Для модели кишечника мышей это дает значительное преимущество по времени и энергии, необходимым для создания особой линии мышей с нокаутом. Для модели кишечника человека способность манипулировать генетическим составом клеток in vitro дает возможность осуществлять такой уровень контроля над генетическим составом модели, который в противном случае был бы невозможен с использованием традиционных методов первичной клеточной культуры или иммортализованных клеточных линий. .

В дополнение к их совместимости с прямой генетической манипуляцией in vitro, культуры органоидов также являются высокоинформативным способом изучения ранее существовавших нокаутных моделей для исследования механизмов конкретных клеточных процессов или патологий болезней.

Биобанки

Культуры кишечных органоидов обладают высокой проходимостью, сохраняя при этом замечательный уровень генетической и фенотипической стабильности. 32 Однако иногда бывает выгодно создать статическую библиотеку органоидных культур путем криоконсервации культур. Это особенно верно в контексте создания криоконсервированных библиотек органоидов, полученных от пациентов, которые сохраняют свойства исходной культуры и могут использоваться в таких приложениях, как доклинический скрининг эффективности лекарств. 23 Размороженные клетки обычно имеют короткий период восстановления (от одного до двух пассажей), в течение которого они демонстрируют сниженную скорость роста, а после этого они возобновляют динамику роста до замораживания.

Системы совместного выращивания

Возможность изучать взаимодействие эпителиальных клеток, которые образуют основу системы культивирования органоидов кишечника, с другими специфическими типами клеток, которые могут быть введены в систему культивирования, составляет еще одно существенное преимущество системы модельных органоидов. Выделение эпителия (или эпителия с ассоциированной мезенхимой в случае органоидов, происходящих от hPSC) от других систем организма в системе органоидной культуры представляет собой преимущество для экспериментальной специфичности, но также и ограничение в отношении исследования специфических взаимодействий между этим эпителием и другие аутологичные или чужеродные клетки.Этот вопрос решается путем постоянного развития новых систем совместного культивирования органоидов кишечника с различными другими типами клеток. Органоиды кишечника культивировали с иммунными клетками 10,11,33 путем введения неэпителиальных клеток во внеклеточный матрикс, поддерживающий культуру органоидов, таким образом повторяя взаимодействия, которые, как ожидается, будут иметь место на базолатеральной стороне эпителия. Функциональная кишечная нервная система также была создана посредством совместного культивирования органоидов, полученных из hPSC, и клеток нервного гребня, создав модель, позволяющую изучать нарушения моторики желудочно-кишечного тракта человека. 34 Точно так же живые бактерии были введены в просвет органоидных культур посредством микроинъекции для моделирования взаимодействий, которые происходят на апикальной стороне эпителия in vivo. 12–14 Органоиды также прошли валидацию в качестве модельных систем вирусной инфекции. 15,16

Аппликации органоидов кишечника

Клеточная биология

Корни системы органоидной культуры лежат в сообществе биологов развития.В то время как эта область исследований предоставила информацию о факторах, необходимых для разработки модельных систем органоидных культур, кишечные органоидные культуры теперь возвращают ценную информацию о траектории развития ткани, для моделирования которой они были разработаны. 35 Это особенно верно для кишечных органоидов, происходящих из hPSC, которые следуют общим путям развития кишечника во время своего становления 3 и поддерживают фенотип, подобный эмбриональному, в культуре органоидов. 36 Большая полезность органоидных культур в этом контексте отчасти заключается в легкости доступа к континууму временных точек развития, что резко контрастирует с тем, что в других случаях доступно в отношении человеческих образцов.

Возможно, наиболее очевидное применение культур органоидов кишечника - это in vitro модельная система кишечного эпителия. Поскольку обе эти культуры включают все типы эпителиальных клеток, присутствующих в ткани in vivo, и воспроизводят многие, если не большую часть динамики внутри- и внутриэпителиальных клеток, которые происходят in vivo, культуры органоидов кишечника представляют собой ценный экспериментальный инструмент для исследования эпителия кишечника. клеточная биология. Таким образом, эта модельная система in vitro недавно была использована для исследования регенерации кишечника, 37,38 ниша стволовых клеток кишечника, 39–44 воспаление кишечника, 9,45–48 частота мутаций стволовых клеток кишечника 49 и функции терминально дифференцированных эпителиальных клеток кишечника (например,чувствительность к питательным веществам и секреция гормонов). 50–52

Органоиды кишечника, в частности, среди систем культивирования органоидов, также имеют применение вне тканеспецифичных биологических процессов и условий. Это происходит из-за активной популяции стволовых клеток и, как следствие, высокого обновления кишечного эпителия по сравнению со многими другими тканями. Активная природа ниши кишечных стволовых клеток дает ей большую полезность в качестве модельной системы для исследования более общих вопросов, касающихся биологии взрослых стволовых клеток или биологии эпителиальных клеток.Конкретные примеры приложений, в которых эта технология была недавно применена, включают исследование общих механизмов между пролиферацией взрослых стволовых клеток и раком, 53 механизмов деградации белка, 54 и поляризации эпителия. 55

Моделирование заболеваний

Культуры кишечных органоидов в настоящее время используются для моделирования кишечных заболеваний, а также заболеваний эпителия других тканей. Например, органоиды, выращенные у пациентов, несущих мутации в гене миозина 5b, могут использоваться в качестве модели болезни включения микроворсинок (MVID), которая приводит к неправильной локализации белков на апикальной поверхности кишечного эпителия и поляризации энтероцитов. 8 Эта модель позволила получить органоиды у пациентов, проявляющих симптомы MVID, но не несущих мутаций в гене миозина 5b. При секвенировании эти образцы идентифицировали ген синтаксина 3 как способствующий потере микроворсинок.

Культуры могут быть получены из соседней здоровой и больной (канцерогенной) ткани, полученной от одного и того же пациента, 23 подход, который позволяет оценивать состояние болезни при одновременном контроле потенциально смешивающих факторов в здоровом специфическом генетическом фоне.Анализ генетического состава этих уникальных опухолей позволяет установить корреляцию между органоидным фенотипом и конкретными комбинациями мутаций. Многочисленные исследования продемонстрировали как обнаружение мутаций в комбинации APC, KRAS, SMAD4 и TP53, 21 , так и использование редактирования генов с помощью системы CRISPR / Cas9 для моделирования последовательности аденома-карцинома. 31

Ободочную кишку также можно использовать для моделирования заболеваний, не специфичных для кишечника, таких как кистозный фиброз, который обычно проявляется в легких в результате мутаций трансмембранного рецептора кистозного фиброза (CFTR).Биопсии пациентов, несущих мутации в гене CFTR, не отвечают на анализ органоидного набухания, что позволяет точно идентифицировать такие мутации. 56

Разработка и проверка лекарственных средств

Одним из наиболее многообещающих аспектов исследований с использованием органоидов в качестве модели является возможность скрининга культур, полученных из индивидуальных образцов тканей пациента, на предмет воздействия внешних воздействий. Благодаря короткому времени культивирования и возможности увеличения размеров образцов культивирование органоидов уже использовалось при скрининге конкретных пациентов.Например, ранее упомянутый анализ набухания CFTR, разработанный Бикманом и его коллегами, 56 , который обеспечивает считывание реакции на текущие лекарства или комбинации лекарств, которые улучшают транспорт хлорида через ионные каналы у пациентов с муковисцидозом. В первом испытании анализа набухания CFTR была идентифицирована комбинация лекарств, способная очистить большую часть слизи, накопившейся в легких пациента, что, таким образом, является доказательством принципиальной схемы эксперимента, которая в настоящее время движется к внедрению в правительственные платформы скрининга.

Ключевым аспектом, который все еще оптимизируется в условиях культивирования органоидов, является переход к высокопроизводительному скринингу. Шаги в этом направлении были недавно продемонстрированы разработкой автоматизированной платформы в 384-луночном формате для культур органоидов, полученных из образцов тканей пациентов с раком толстой кишки. 24 Эти органоиды были подвергнуты воздействию различных лекарственных соединений, и анализ был подтвержден на надежность и воспроизводимость, что позволило получить систему, которая обеспечивает большую физиологическую значимость, чем 2D-культуры, без ущерба для способности скрининга.

Взаимный подход направлен на более конкретные методы лечения мутационного состава библиотек образцов пациентов с использованием конкретного препарата. Группа ван Лохуйзена лечила органоидные культуры, полученные с использованием образцов тканей, взятых у 18 пациентов с диагнозом колоректальный рак, с помощью ингибитора EZh3, GSK126. 28 Хотя наблюдались разнообразные ответы, были обнаружены ассоциации с ATRX и PAX2, а также корреляция с экспрессией BIK и Nutlin-3A.Эти результаты демонстрируют возможность апстрима фармацевтических разработок на основе скрининга библиотеки органоидов пациентов.

Перспективы органоидов кишечника

После недавнего открытия, что кишечные стволовые клетки могут создавать органоидные структуры, повторяющие кишечник млекопитающих, исследовательское сообщество быстро приняло эту органоидную модель. Такому быстрому принятию органоидов в качестве инструмента исследования способствовали два ключевых аспекта: физиологическое значение для кишечника и усовершенствования по сравнению с традиционными двумерными системами культивирования.Для трансляционных исследований органоиды обеспечивают возможность высокопроизводительного анализа образцов от отдельных пациентов, устраняя разрыв между фундаментальными исследованиями и точной медициной. Возможность создания образцов для маркерного или геномного анализа, а также для лечения лекарственными средствами или небольшими молекулами возможна в одном и том же экспериментальном дизайне.

Эти культуры также обещают расширить понимание базовой биологии стволовых клеток, что станет необходимым дополнением к трансляционным исследованиям.По самой природе системы культивирования ранние деления стволовых клеток и формирование тканей будут доступны для экспериментального анализа и манипуляции посредством редактирования гена CRISPR / Cas9.

По мере создания большего количества систем на основе органоидов становится возможным объединение нескольких конкретных типов клеток в одни и те же органоиды. Это совместное культивирование позволит идентифицировать специфические роли каждой ниши компонентных стволовых клеток, а также кооперативные и необходимые роли отдельных систем.

Области применения системы органоидных культур продолжают расширяться, и по мере их расширения наше понимание сложных взаимодействий органов, составляющих человеческое тело, механизмов, которые не работают при определенных заболеваниях, и способности быстро лечить пациентов с этими заболеваниями. .

.

Смотрите также

MAXCACHE: 0.84MB/0.00054 sec