Oamenii de ştiinţă au creat un "intestin pe cip" care dezvăluie cauze ascunse ale bolii inflamatorii intestinale

Bolile inflamatorii intestinale afectează milioane de oameni din întreaga lume, însă cercetătorii nu înțeleg pe deplin ce cauzează inflamația cronică care dăunează intestinului. Deși tratamentele pot ajuta la controlul simptomelor, exact cum se dezvoltă boala și de ce progresează diferit de la un pacient la altul rămâne încă o enigmă. Studiul publicat în Nature Biomedical Engineering ar putea ajuta la elucidarea acestor aspecte, conform sciencealert.com.

👉 Dificultăți în recrearea bolii inflamatorii intestinale în laborator

Unul dintre cele mai mari obstacole a fost recrearea bolii în laborator. Culturile celulare convenționale captează doar părți izolate ale bolii inflamatorii intestinale (IBD), în timp ce modelele pe animale adesea nu reușesc să reflecte cu fidelitate ce se întâmplă în intestinul uman. Drept urmare, cercetătorii s-au străduit să înțeleagă cum interacționează diferitele tipuri de celule pentru a genera inflamație, daune tisulare și un risc crescut de cancer colorectal.

Acum, un studiu recent arată că cercetătorii au creat ceea ce ar putea fi cel mai complet model uman de IBD pe un cip, folosind celule donate de pacienți cu boala Crohn și colită ulceroasă, cele două tipuri principale de IBD. "După cunoștințele mele, acesta este primul model care a re-creat în vitro exacerbările bolii pe care femeile însărcinate cu IBD le pot experimenta", spune autorul principal Alican Özkan, bioinginer la Universitatea Harvard. "Poate, chiar mai important, am demonstrat că sistemul nostru permite studierea stadiilor timpurii ale formării cancerului în țesuturi umane care cresc într-un context relevant pentru organ."

👉 Rolul fibroblastelor și al forțelor mecanice în inflamație

Dispozitivul miniatural numit "Colon Chip" recreează multe dintre trăsăturile cheie ale bolii simultan, permițând oamenilor de știință să studieze interacțiuni care au fost mult timp dificile de observat. Printre cele mai mari surprize s-au numărat fibroblastele – celule ale țesutului conjunctiv, cele mai cunoscute pentru susținerea structurii organelor și ajutarea la repararea țesutului afectat. În loc să acționeze ca observatori pasivi, aceste celule par să contribuie la generarea inflamației și la slăbirea barierei protective a intestinului.

Pentru a testa această ipoteză, Özkan și colegii săi au asociat fibroblastele din pacienți cu IBD cu celule intestinale sănătoase din aceiași pacienți pe același cip. Exponerea celulelor sănătoase la fibroblaste a fost suficientă pentru a le face să se comporte ca țesut bolnav, cu o barieră intestinală mai permeabilă și răspunsuri inflamatorii mai puternice. Împreună, aceste descoperiri sugerează că fibroblastele ar putea juca un rol mult mai important în IBD decât s-a crezut anterior.

"Prin combinarea celulelor epiteliale corespunzătoare, fibroblastelor stromale, celulelor imune circulante și forțelor mecanice relevante din punct de vedere fiziologic, Colon Chip permite cercetătorilor să determine contribuția fiecărui component la boală", a declarat Özkan pentru ScienceAlert. Cipul a permis, de asemenea, cercetătorilor să exploreze un alt factor care a fost dificil de studiat în laborator: întinderea constantă cauzată de mișcările normale ale intestinului. Prin recrearea acestor forțe mecanice blânde, cercetătorii au descoperit că răspunsurile inflamatorii și fibroza au devenit și mai puternice în cipurile construite din țesut IBD.

👉 Influența hormonilor legată de sarcină

Cercetătorii au utilizat, de asemenea, cipul pentru a investiga modul în care hormonii asociați sarcinii ar putea influența boala. Atunci când cipurile construite din celule donate de paciente au fost expuse la acești hormoni, au observat răspunsuri inflamatorii mai puternice și o depunere crescută de colagen – modificări asociate cu cicatrizarea țesutului, cunoscută sub numele de fibroza. Un studiu din 2022 publicat în PLOS Biology a arătat că fibroblastele din colon adoptă stări inflamatorii în timpul inflamației intestinale cronice și ajută la remodelarea țesutului afectat. Noua cercetare avansează mai departe, demonstrând că fibroblastele prelevate din pacienții cu IBD sunt, de unul singur, suficiente pentru a declanșa modificări asemănătoare bolii în țesutul intestinal sănătos crescut pe cip.

"Această înțelegere mecanistică ar fi fost dificil de obținut folosind organoide convenționale sau modele pe animale," a spus Özkan. "Cea mai importantă inovație este că acest model depășește replicarea patologiei IBD, pentru a descoperi mecanismele care conduc progresia bolii într-un sistem uman, derivat de la pacient," a adăugat el.

Cancerul colorectal ca complicație pe termen lung

În plus, echipa a abordat una dintre cele mai grave complicații pe termen lung ale IBD: cancerul colorectal. Pentru a investiga cele mai timpurii etape ale dezvoltării cancerului, au expus atât cipurile Colon sănătoase, cât și cele bolnave (fiecare folosind celule de la donatori diferiți) la carcinogenul N-etil-N-nitrosourea (ENU). Deși ambele modele au reacționat, cipurile bolnave au prezentat modificări moleculare asociate cancerului mult mai puternice decât țesutul sănătos. De asemenea, cercetătorii au descoperit că fibroblastele par să fie centrale în această crescută susceptibilitate la cancer. Țesutul intestinal sănătos a început să exprime doar timpurile precoce ale markerelor moleculare asociate cancerului după ce a fost crescut alături de fibroblastele prelevate din pacienții cu IBD.

"Puterea acestei platforme constă în capacitatea sa de a recrea fidel microambientul intestinal dinamic uman, permițând studierea factorilor individuali ai bolii în izolare și în combinație", a declarat Özkan pentru ScienceAlert. "Integrarea celulelor epiteliale și stromale derivate de la pacienți, împreună cu celulele imune circulante și forțele mecanice asemănătoare peristaltismului, surprinde trăsăturile cheie ale bolii inflamatorii intestinale care lipsesc din majoritatea modelelor existente." Descoperirile sunt raportate în Nature Biomedical Engineering. Acest articol a fost verificat de Clare Watson și editat de Rebecca Dyer. Deși ne mândrim cu procesul nostru, suntem și noi oameni. Dacă observați o eroare, vă rugăm să ne informați.