Simulation de l'intestin : découverte du système de fermentation continu à plusieurs étages MINIFOR de LAMBDA
La connaissance du système digestif des humains, ruminants, volailles, etc. est essentielle dans un certain nombre de domaines, notamment la nutrition, la science animale et la santé humaine. Dans le domaine en pleine expansion qu’est la recherche sur le microbiome intestinal, un système comportant différents niveaux de complexité a été conçu et mis en oeuvre à l’aide de bioréacteurs. Cet ensemble de bioréacteurs a révolutionné la recherche sur la simulation intestinale.
Le fermenteur MINIFOR de LAMBDA pour comprendre le système digestif
Comprendre l'écosystème complexe de l'intestin humain est crucial pour comprendre la nutrition, les troubles métaboliques et les maladies gastro-intestinales. Les fermenteurs MINIFOR de LAMBDA sont parfaits pour reproduire des conditions intestinales humaines in vitro. Par exemple, le modèle SHIME – Le simulateur de l’écosystème microbien intestinal humain se compose de cinq réacteurs, imitant différentes sections du tractus gastro-intestinal humain. Chaque réacteur est interconnecté avec une pompe péristaltique, lui permettant de simuler un compartiment intestinal. Le système SHIME se concentre principalement sur la simulation de la communauté microbienne du côlon. Compte tenu de l’absence d’un moyen direct d’obtenir un échantillon microbien représentatif du côlon humain, le microbiote fécal est sélectionné comme inoculum pour les compartiments du côlon du modèle SHIME. Les fermenteurs en cascade reproduisent les paramètres physiologiques et microbiens in vivo, englobant la température corporelle, les concentrations en enzymes, les habitudes alimentaires, les niveaux de pH et la diversité microbienne dans les compartiments anatomiques.
Fig 1: Vue d’ensemble simplifiée du modèle SHIME
Pour imiter les paramètres de l’intestin, il est essentiel de choisir un système capable de réguler tous les paramètres comme dans le tube digestif.
Pour accélérer le travail et réduire le coût des enzymes digestives dans le milieu, il est crucial de travailler avec le volume le plus faible possible et, si nécessaire, de passer à un volume plus élevé à tout en maintenant un coût très faible. De plus, chaque réacteur doit être capable de réguler avec précision et automatiquement la température, le pH, maintenir des conditions anaérobies, d'enregistrer le potential redox, etc.
Comment les fermenteurs MINIFOR de LAMBDA constituent-ils un système idéal pour simuler le microbiome intestinal humain (modèle SHIME) ?
Offre un volume de travail minimum de 35 ml :
Il existe peu de fermenteurs à l’échelle du laboratoire capables d’atteindre un volume de travail minimum de 35 ml. Le fermenteur MINIFOR 0,3L de LAMBDA, équipé d'une cuve à double enveloppe, offre un volume utile allant de 35 à 400 ml, s'apparentant à celui d'un micro bioréacteur. Ce système polyvalent couvre toute la gamme de volumes de culture à l'échelle du laboratoire, de 35 ml à 6 litres, en utilisant des cuves interchangeables à moindre coût et permet d’augmenter le volume de travail.
Maintient les conditions anaérobies :
Le système MASSFLOW intégré à l'unité de contrôle du fermenteur assure un approvisionnement régulé en gaz N2 et, grâce à la fermeture hermétique de la cuve, crée un environnement anaérobie parfait à l'intérieur. Ceci est crucial pour simuler avec précision les conditions du microbiome intestinal humain.
Régulation automatique du pH :
Le système dispose d'une régulation automatique du pH, avec l'ajout d'acide et de base en fonction des variations de pH, garantissant un environnement stable et contrôlé.
Chauffage infrarouge innovant pour une régulation précise de la temperature :
Le fermenteur MINIFOR utilise une méthode de chauffage innovante basée sur le rayonnement infrarouge [link] d'un radiateur en spirale haute puissance et à faible capacité thermique situé en dessous de la cuve. Cette chaleur est efficacement renvoyée vers la cuve via un réflecteur parabolique recouvert par un film d’or (efficacité de 98 %), garantissant un chauffage uniforme sans points chauds, même à des niveaux moyens bas. La convection thermique naturelle se produit sans qu'il soit nécessaire de mélanger davantage. La faible capacité thermique, équivalente à celle d'un millilitre d'eau, permet un contrôle précis de la température, et la conception du système élimine le besoin de câbles, de tubes, de connecteurs, de couvertures chauffantes ou d'approvisionnement en eau, surpassant ainsi les autres systèmes de chauffage en termes d'efficacité.
Agitation verticale innovante inspirée des nageoires de poisson :
Les bioréacteurs MINIFOR de LAMBDA utilisent un système le mélange sans turbine. Des plaques d'agitation personnalisables adaptées aux besoins spécifiques des microbes peuvent être ajustées sans effort pour s'adapter à un nouveau volume de culture en une minute.
LAMBDA a introduit un système de mélange par vibration situé au-dessus de la cuve pour les bioréacteurs MINIFOR, s'inspirant des nageoires de poisson. Ce système offre une efficacité élevée tout en minimisant les forces de cisaillement, grâce aux disques de mélange uniques FiSH-TAIL qui se terminent par des matériaux fins et élastiques, au lieu des bords tranchants des agitateurs conventionnels.
Surveillance, enregistrement et contrôle en temps reel de tous les paramètres de culture :
Plusieurs fermenteurs, y compris plusieurs fermenteurs MINIFOR en cascade, peuvent être contrôlés simultanément à l'aide de logiciels PC tels que FNet et SIAM. SIAM, réputé pour sa convivialité et sa rentabilité, peut gérer jusqu'à 99 fermenteurs et propose des fonctionnalités étendues. Initialement développé pour les laboratoires de recherche, SIAM s'est révélé utile pour les usines pilotes et des unités de production à petite échelle. Les utilisateurs peuvent créer sans effort des applications personnalisées en quelques minutes.
Mesure du potential redox :
Le module LAMBDA REDOX permet la mesure du potentiel Redox et permet le transfert de données numériques vers un PC via son interface RS-485. Les données collectées peuvent être visualisées et enregistrées à l'aide d'un logiciel de fermentation tel que SIAM, étendant ainsi les capacités du fermenteur.
Réacteurs pour le modèle Twin SHIME : La mise en route de deux ensembles de 5 fermenteurs MINIFOR fonctionnant en parallèle a permis de développer le modèle Twin SHIME. Le modèle de simulation gastro-intestinale TWIN-SHIME permet de comparer et d’analyser le microbiote provenant de deux sources différentes.
MINIFOR de LAMBDA Fermenteur pour simuler une partie du système intestinal in vitro : étude des interférences bactériennes de l'intestin.
Le groupe de recherche DZIF de l'Université de Bonn utilise le bioréacteur MINIFOR de LAMBDA comme modèle intestinal in vitro. Il recherche une solution pour éliminer les bactéries pathogènes du microbiome intestinal afin de prévenir les infections potentiellement mortelles.
Fig 2: Les fermenteurs MINIFOR de LAMBDA fonctionnant en parallèle pour imiter le côlon distal du tube digestif.
Les chercheurs utilisent plusieurs fermenteurs MINIFOR 0,4 L de LAMBDA en parallèle pour mener des expériences avec des essais en double, y compris un groupe témoin. Crédit image et référence : Institut de microbiologie pharmaceutique, Université de Bonn, recherche en laboratoire du Dr Fabian Grein, consulté le 1er octobre 2023, www.pharm-mibi.uni-bonn.de/de/kontakt-1/grein- laboratoire
La groupe de chercheurs a exploré le potentiel du microbiome intestinal humain en tant que source d’agents de décolonisation innovants. Ils emploient des techniques de culture avancées, telles que la co-culture de diverses bactéries dans des conditions anaérobies, pour exploiter cette ressource et y découvrir de nouveaux agents pathogènes.
L'équipe utilise le fermenteur MINIFOR de LAMBDA pour créer un modèle intestinal in vitro afin d'imiter le côlon distal du tube digestif. L’équipe étudie ainsi la colonisation du système par des bactéries pathogènes, en se concentrant sur l’analyse des interactions antagonistes directes entre les bactéries entéropathogènes et le microbiote commensal. De plus, le système sert de plateforme pour étudier l’efficacité de diverses stratégies de décolonisation. Leur objectif principal est l’identification des compositions les plus avantageuses de communautés microbiennes bien définies, permettant une décolonisation sélective et efficace.
Pour plus de détails concernant le fermenteur-bioréacteur LAMBDA MINIFOR, veuillez visiter https://www.lambda-instruments.com/fr/fermenteur-bioreacteur/
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