Η φλεγμονώδης νόσος του εντέρου επηρεάζει εκατομμύρια ανθρώπους σε όλο τον κόσμο, όμως οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη ξεκαθαρίσει πλήρως τι προκαλεί τη χρόνια φλεγμονή που βλάπτει το έντερο.
Οι θεραπείες μπορούν να βοηθήσουν στον έλεγχο των συμπτωμάτων, αλλά ο ακριβής τρόπος με τον οποίο αναπτύσσεται η νόσος και γιατί εξελίσσεται διαφορετικά από ασθενή σε ασθενή παραμένει σε μεγάλο βαθμό άγνωστος.
Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια ήταν η αναπαραγωγή της νόσου στο εργαστήριο. Οι κλασικές καλλιέργειες κυττάρων αποτυπώνουν μόνο αποσπασματικά στοιχεία της φλεγμονώδους νόσου του εντέρου, ενώ τα ζωικά μοντέλα συχνά δεν αποδίδουν πιστά όσα συμβαίνουν στο ανθρώπινο έντερο.
Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητές δυσκολεύονταν να ξεκαθαρίσουν πώς αλληλεπιδρούν οι διαφορετικοί τύποι κυττάρων για να οδηγήσουν στη φλεγμονή, τη βλάβη των ιστών και τον αυξημένο κίνδυνο καρκίνου του παχέος εντέρου.
Τώρα, μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Biomedical Engineering φαίνεται ότι καλύπτει ορισμένα από αυτά τα κενά.
Οι ερευνητές δημιούργησαν, όπως φαίνεται, το πληρέστερο μέχρι σήμερα ανθρώπινο μοντέλο IBD σε chip, χρησιμοποιώντας κύτταρα που δόθηκαν από ασθενείς με νόσο του Crohn και ελκώδη κολίτιδα, τις δύο βασικές μορφές της IBD.
«Απ’ όσο γνωρίζω, αυτό είναι το πρώτο μοντέλο που αναπαρήγαγε in vitro τις επιδεινώσεις της νόσου που μπορούν συχνά να εμφανίσουν οι έγκυες γυναίκες με IBD», λέει ο πρώτος συγγραφέας Alican Özkan, βιομηχανικός ερευνητής στο Harvard University.
«Ίσως ακόμη πιο σημαντικό, δείξαμε ότι το σύστημά μας επιτρέπει τη μελέτη των πιο πρώιμων σταδίων σχηματισμού καρκίνου μέσα σε ανθρώπινους ιστούς που αναπτύσσονται σε ένα in vitro περιβάλλον σχετικό με το όργανο».
Σε αντίθεση με τα συμβατικά εργαστηριακά μοντέλα, η μικρογραφική συσκευή που ονομάζεται Colon Chip αναπαράγει ταυτόχρονα πολλά από τα βασικά χαρακτηριστικά της νόσου, επιτρέποντας στους επιστήμονες να μελετήσουν αλληλεπιδράσεις που μέχρι σήμερα ήταν δύσκολο να παρατηρηθούν.
Ανάμεσα στις μεγαλύτερες εκπλήξεις ήταν τα ινοβλάστες, κύτταρα του συνδετικού ιστού που είναι γνωστά κυρίως για τη στήριξη της δομής των οργάνων και τη συμβολή τους στην αποκατάσταση των κατεστραμμένων ιστών.
Αντί να λειτουργούν ως παθητικοί παρατηρητές, τα κύτταρα αυτά φάνηκε να συμβάλλουν στη φλεγμονή και να αποδυναμώνουν τον προστατευτικό φραγμό του εντέρου.
Για να δοκιμάσουν την υπόθεση, ο Özkan και οι συνεργάτες του συνδύασαν ινοβλάστες από άτομα με IBD με υγιή εντερικά κύτταρα από τους ίδιους ανθρώπους, στο ίδιο chip.
Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά.
Μόνο η έκθεση των υγιών κυττάρων σε αυτούς τους ινοβλάστες ήταν αρκετή για να τα κάνει να συμπεριφέρονται σαν νοσούντες ιστοί, με πιο διαπερατό εντερικό φραγμό και ισχυρότερες φλεγμονώδεις αποκρίσεις.
Συνολικά, τα ευρήματα δείχνουν ότι οι ινοβλάστες μπορεί να έχουν πολύ μεγαλύτερο ρόλο στην IBD απ’ ό,τι πιστευόταν μέχρι σήμερα.
«Συνδυάζοντας ταιριαστά επιθηλιακά κύτταρα, στρωματικούς ινοβλάστες, κυκλοφορούντα ανοσοκύτταρα και μηχανικές δυνάμεις που είναι φυσιολογικά σχετικές, το Colon Chip επιτρέπει στους ερευνητές να προσδιορίσουν τη συμβολή κάθε συστατικού στη νόσο», είπε ο Özkan στο ScienceAlert.
Το chip επέτρεψε επίσης στους ερευνητές να εξετάσουν έναν ακόμη παράγοντα που ήταν δύσκολο να μελετηθεί στο εργαστήριο: τη συνεχή διάταση που προκαλούν οι φυσιολογικές κινήσεις του εντέρου.
Αναπαράγοντας αυτές τις ήπιες μηχανικές δυνάμεις, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι φλεγμονώδεις και ινωτικές αποκρίσεις γίνονταν ακόμη πιο έντονες στα chips που είχαν κατασκευαστεί από ιστό IBD.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης το chip για να διερευνήσουν πώς οι ορμόνες που σχετίζονται με την εγκυμοσύνη μπορεί να επηρεάζουν τη νόσο.
Όταν τα chips που είχαν φτιαχτεί από κύτταρα που δώρισαν γυναίκες ασθενείς εκτέθηκαν σε αυτές τις ορμόνες, παρατηρήθηκαν ισχυρότερες φλεγμονώδεις αποκρίσεις και αυξημένη εναπόθεση κολλαγόνου, αλλαγές που συνδέονται με τη δημιουργία ουλώδους ιστού, γνωστή ως ίνωση.
Μελέτη του 2022 που δημοσιεύτηκε στο PLOS Biology έδειξε ότι οι ινοβλάστες στο κόλον υιοθετούν φλεγμονώδεις καταστάσεις κατά τη διάρκεια της χρόνιας εντερικής φλεγμονής και συμβάλλουν στην αναδιαμόρφωση των κατεστραμμένων ιστών.
Η νέα μελέτη προχωρά ένα βήμα παραπέρα, δείχνοντας ότι οι ινοβλάστες που προήλθαν από ασθενείς με IBD αρκούσαν, από μόνοι τους, για να προκαλέσουν αλλαγές που μοιάζουν με νόσο σε υγιή εντερικό ιστό που αναπτύχθηκε στο chip.
«Αυτή η μηχανιστική εικόνα θα ήταν δύσκολο να προκύψει με τα συμβατικά οργανοειδή ή τα ζωικά μοντέλα», είπε ο Özkan.
«Η σημαντικότερη πρόοδος είναι ότι αυτό το μοντέλο ξεπερνά την απλή αναπαραγωγή της παθολογίας της IBD και αποκαλύπτει τους μηχανισμούς που οδηγούν στην εξέλιξη της νόσου σε ένα πλήρως ανθρώπινο σύστημα, προερχόμενο από ασθενείς», πρόσθεσε.
Η ομάδα στράφηκε επίσης σε μία από τις σοβαρότερες μακροπρόθεσμες επιπλοκές της IBD: τον καρκίνο του παχέος εντέρου.
Για να διερευνήσουν τα πρώτα στάδια της ανάπτυξης καρκίνου, εξέθεσαν τόσο υγιή όσο και νοσούντα Colon Chips, καθένα από διαφορετικούς δότες, στο καρκινογόνο N-ethyl-N-nitrosourea (ENU).
Παρότι και τα δύο μοντέλα αντέδρασαν, τα νοσούντα chips εμφάνισαν πολύ ισχυρότερες μοριακές αλλαγές που σχετίζονται με τον καρκίνο σε σχέση με τον υγιή ιστό.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι οι ινοβλάστες φαίνεται να είναι κεντρικοί σε αυτή την αυξημένη ευαισθησία στον καρκίνο.
Ο υγιής εντερικός ιστός άρχισε να εκφράζει πρώιμους μοριακούς δείκτες που σχετίζονται με τον καρκίνο μόνο όταν καλλιεργήθηκε μαζί με ινοβλάστες που είχαν ληφθεί από ασθενείς με IBD.
Σχετικό: Η δυσκοιλιότητα μπορεί να είναι κάτι περισσότερο από ένα απλό πρόβλημα πέψης, λένε οι επιστήμονες
«Η δύναμη αυτής της πλατφόρμας βρίσκεται στην ικανότητά της να αναπαράγει πιστά το δυναμικό ανθρώπινο εντερικό μικροπεριβάλλον, ενώ επιτρέπει τη μελέτη μεμονωμένων παραγόντων της νόσου, αλλά και του συνδυασμού τους», είπε ο Özkan στο ScienceAlert.
«Η ενσωμάτωση επιθηλιακών και στρωματικών κυττάρων προερχόμενων από ασθενείς με κυκλοφορούντα ανοσοκύτταρα και μηχανικές δυνάμεις που μοιάζουν με την περισταλτική κίνηση καταγράφει βασικά χαρακτηριστικά της φλεγμονώδους νόσου του εντέρου που λείπουν από τα περισσότερα υπάρχοντα μοντέλα».
Τα ευρήματα δημοσιεύονται στο Nature Biomedical Engineering.
Το άρθρο ελέγχθηκε από τη Clare Watson και επιμελήθηκε η Rebecca Dyer. Παρότι δίνουμε μεγάλη σημασία στη διαδικασία μας, παραμένουμε άνθρωποι. Αν εντοπίσετε κάποιο λάθος, ενημερώστε μας.
