Zobaczyli, co napędza tę chorobę. Wcześniej trudno było to uchwycić
Rośnie liczba zachorowań na raka jelita grubego u młodychŹródło wideo: TVN24Źródło zdj. gł.: Shutterstock Naukowcy odtworzyli chorobę Leśniowskiego-Crohna i WZJG na chipie wielkości pendrive'a. Jak działa ten model i co pozwala sprawdzić?
Fibroblasty z chorych tkanek sprawiły, że zdrowa bariera jelitowa zaczęła przeciekać. Dlaczego to odkrycie jest ważne dla pacjentów?
Chip pozwolił zbadać wpływ ruchów jelita, hormonów ciążowych i wczesne zmiany nowotworowe. Czy pomoże dobierać skuteczne leczenie?
Więcej artykułów o podobnej tematyce znajdziesz w zakładce "Zdrowie" w serwisie tvn24.pl.
Nieswoiste choroby zapalne jelit dotykają milionów ludzi na całym świecie. Należą do nich przede wszystkim choroba Leśniowskiego-Crohna i wrzodziejące zapalenie jelita grubego. U każdego pacjenta mogą jednak przebiegać inaczej. U jednej osoby leczenie szybko opanowuje objawy, u innej dochodzi do kolejnych zaostrzeń, uszkodzenia jelita i jego włóknienia. Naukowcom wciąż trudno dokładnie obserwować te procesy i ustalić, dlaczego pacjenci tak różnie reagują na tę samą terapię.
Pomóc w tym może model opracowany przez badaczy z Wyss Institute przy Uniwersytecie Harvarda we współpracy między innymi z zespołami z McGill University i Massachusetts General Hospital. Zbudowano go z komórek pobranych od osób z nieswoistymi chorobami zapalnymi jelit (NChZJ). Wyniki badania opublikowano w maju w czasopiśmie "Nature Biomedical Engineering".
Jak naukowcy odtworzyli NChZJ?
Aby podejrzeć procesy zachodzące w chorej tkance, naukowcy musieli możliwie wiernie odtworzyć warunki panujące w jelicie.
Brakuje ośrodków, chorzy błądzą latami. Tak wygląda życie z nieswoistymi zapaleniami jelit
Opracowany przez badaczy chip ma dwa równoległe, mikroskopijne kanały oddzielone elastyczną, porowatą błoną. W jednym umieszczono nabłonek, czyli warstwę komórek wyściełających wnętrze jelita, w drugim znalazły się fibroblasty tworzące tkankę leżącą pod nim. Przez kanały przepływały płyny naśladujące środowisko jelita i krążenie w tkankach. Elastyczną błonę rytmicznie rozciągano i rozluźniano, odtwarzając siły działające podczas przesuwania pokarmu. Do modelu można było wprowadzać także komórki odpornościowe oraz hormony.
Naukowcy wykorzystali komórki pobrane zarówno z fragmentów jelita objętych stanem zapalnym, jak i z miejsc bez widocznych zmian. Następnie łączyli je w różnych konfiguracjach. Dzięki temu mogli sprawdzić, które komórki odpowiadają za poszczególne cechy choroby.
Fibroblasty mogą napędzać stan zapalny jelit
Tak skonstruowany model pozwolił badaczom sprawdzić, co dzieje się, gdy zdrowe i chore komórki znajdą się obok siebie. Największym zaskoczeniem okazały się fibroblasty. To komórki, które wytwarzają między innymi kolagen, podtrzymują strukturę tkanek i uczestniczą w gojeniu uszkodzeń. W eksperymencie nie były jednak tylko biernym rusztowaniem dla nabłonka.
Naukowcy połączyli zdrowe komórki nabłonka z fibroblastami pobranymi ze zmienionych chorobowo fragmentów jelita. Okazało się, że wystarczyło to, by wcześniej szczelna bariera stała się bardziej przepuszczalna. Wzrosła również produkcja substancji związanych ze stanem zapalnym, a zdrowy nabłonek zaczął wykazywać cechy typowe dla NChZJ.
Te choroby często idą w parze. To opóźnia diagnozę i utrudnia leczenie
Kiedy przeprowadzono odwrotny eksperyment i komórki nabłonka pochodzące z chorej tkanki umieszczono obok zdrowych fibroblastów, część niekorzystnych reakcji osłabła. Zmniejszył się także napływ komórek odpornościowych w stronę nabłonka. - Najważniejszy postęp polega na tym, że model nie tylko odtwarza cechy choroby, ale pozwala również odkrywać mechanizmy odpowiedzialne za jej rozwój - mówi cytowany w "Science Alert" Alican Ozkan, główny autor badania.
Wyniki wskazują, że fibroblasty mogą wysyłać sygnały, które osłabiają barierę jelitową i podtrzymują zapalenie. To ważne, ponieważ stosowane obecnie terapie skupiają się przede wszystkim na hamowaniu reakcji układu odpornościowego. W przyszłości celem nowych leków mogłyby stać się także nieprawidłowo działające fibroblasty albo substancje, za pomocą których wpływają one na nabłonek.
Ruchy jelita mogą nasilać zapalenie?
Fibroblasty nie były jedynym elementem, który wpływał na przebieg zmian. Chip pozwolił również sprawdzić, jak na zdrową i chorą tkankę działa mechaniczna praca jelita.
W zdrowych modelach rytmiczne rozciąganie pobudzało produkcję śluzu, który chroni nabłonek przed drobnoustrojami i drażniącymi substancjami. W modelach odtwarzających NChZJ odpowiedź była odwrotna - powstawało w nich mniej ochronnego śluzu, natomiast odkładało się więcej włókien kolagenowych. Nasilały się również stan zapalny i napływ komórek odpornościowych.
"Masz ciało, które odmawia posłuszeństwa". Nowoczesna terapia dla niewielu chorych
Badacze podkreślają, że nie oznacza to, że naturalne ruchy jelita wywołują chorobę. Badanie pokazuje raczej, że tkanka objęta stanem zapalnym może inaczej reagować na zwykłe siły działające podczas pracy narządu. To, co w zdrowym jelicie pomaga utrzymać jego prawidłowe funkcjonowanie, w chorej tkance może dodatkowo pobudzać zapalenie i włóknienie.
NChZJ u kobiet w ciąży
Naukowcy sprawdzili także, czy na chore tkanki mogą wpływać hormony związane z ciążą. Chipy zbudowane z komórek pobranych od kobiet poddali działaniu mieszaniny hormonów w stężeniach odpowiadających pierwszemu trymestrowi.
W zdrowych modelach nie wywołało to wyraźnego stanu zapalnego ani zwiększonego odkładania kolagenu. Inaczej zareagowały chipy odtwarzające NChZJ. Wzrosła w nich produkcja cząsteczek zapalnych, a fibroblasty zaczęły wytwarzać więcej kolagenu. Jego nadmiar z kolei może prowadzić do bliznowacenia, pogrubienia i usztywnienia ściany jelita. - Z tego, co wiemy, jest to pierwszy model, w którym udało się odtworzyć w laboratorium zaostrzenia choroby, jakich mogą doświadczać ciężarne kobiety z NChZJ - mówi Alican Ozkan.
Gluten i bolący brzuch? Winna jest oś jelita-mózg
To także nie oznacza, że ciąża nasila chorobę u każdej pacjentki. Jej przebieg zależy między innymi od tego, czy NChZJ było aktywne przed zajściem w ciążę, oraz od stosowanego leczenia. Eksperyment wskazuje jednak, że hormony mogą bezpośrednio wpływać na zmienione chorobowo tkanki jelita.
Ten etap badania przeprowadzono na komórkach pobranych od niewielkiej liczby kobiet, dlatego, co podkreślają autorzy, wyniki wymagają potwierdzenia w dalszych eksperymentach.
NChZJ a rak jelita grubego
Chip pozwolił badaczom sprawdzić jeszcze jeden proces związany z długotrwałym zapaleniem jelita. Wiadomo, że NChZJ zwiększają ryzyko raka jelita grubego, dlatego naukowcy chcieli zobaczyć, czy w modelu pojawią się zmiany poprzedzające rozwój nowotworu.
Przez trzy tygodnie poddawali zdrowe i chore chipy działaniu substancji uszkadzającej materiał genetyczny. W obu modelach doszło do uszkodzenia nabłonka, ale tkanki odtwarzające NChZJ zareagowały znacznie silniej.
Chcesz, a nie możesz. Naukowcy odkryli powód częstego i wstydliwego problemu
Zaobserwowano w nich więcej mutacji i nieprawidłowości w chromosomach oraz większą aktywność mechanizmów związanych ze stanem zapalnym i rozwojem raka. Zdrowy nabłonek zaczął również wytwarzać marker charakterystyczny dla wczesnych zmian nowotworowych, przede wszystkim wtedy, gdy znajdował się obok fibroblastów pobranych z chorych tkanek. I choć nie oznacza to, że na chipie rozwinął się nowotwór, to model pozwolił uchwycić zmiany, które mogą pojawiać się znacznie wcześniej, zanim powstanie guz, oraz sprawdzić, jaką rolę odgrywają w tym procesie nabłonek, fibroblasty i komórki odpornościowe.
"Jelito na chipie" może pomóc dobierać leczenie
Autorzy badania liczą, że w przyszłości model zbudowany z komórek konkretnego pacjenta pozwoli sprawdzać poza jego organizmem, jak tkanki reagują na różne leki. Mogłoby to ułatwić wybór terapii w chorobach, w których odpowiedź na leczenie jest trudna do przewidzenia.
Przez chorobę jelit Tribbs bał się wychodzić z domu. Czym jest IBS?
Na razie chip pozostaje narzędziem badawczym. Powstał z komórek niewielkiej liczby dawców i nie odtwarza całego organizmu - brakuje w nim między innymi mikrobioty, układu nerwowego i wpływu innych narządów.
Nieswoiste zapalenia jelit dotykają w Polsce około 100 tysięcy osób. Więcej na temat tej grupy chorób pisaliśmy tutaj.