Oamenii de ştiinţă creează un 'intestin pe cip' care descoperă cauze ascunse ale bolii inflamatorii intestinale
Bolile inflamatorii intestinale afectează milioane de oameni la nivel mondial, însă oamenii de ştiinţă nu înţeleg pe deplin ce cauzează inflamaţia cronică care dăunează intestinului. Deşi tratamentele pot ajuta la controlul simptomelor, evoluţia bolii rămâne slab înţeleasă. Potrivit sciencealert.com, un nou studiu propune un model uman pe cip, care ar putea ajuta la completarea acestor lacune.
👉 Provocările în recrearea bolii inflamatorii intestinale în laborator
Una dintre cele mai mari provocări a fost recrearea bolii în laborator. Cultura celulară convenţională surprinde doar piese izolate ale bolii inflamatorii intestinale (IBD), în timp ce modelele animale nu reflectă fidel ceea ce se întâmplă în intestinul uman. Ca urmare, cercetătorii au avut dificultăţi în a descurca modul în care diferite tipuri de celule interacţionează pentru a genera inflamaţie, leziuni tisulare şi un risc crescut de cancer colorectal.
👉 Modelul inovator de IBD
Acum, un studiu publicat în Nature Biomedical Engineering ar putea umple unele dintre aceste lacune. Cercetătorii au creat ceea ce ar putea fi cel mai complet model uman de IBD pe un cip, folosind celule donate de pacienţi cu boala Crohn şi colită ulceroasă, cele două tipuri principale de IBD. „După cunoştinţele mele, acesta este primul model care a recapitulat in vitro exacerbările de boală pe care femeile însărcinate cu IBD le pot experimenta de multe ori”, afirmă Alican Özkan, inginer bio la Universitatea Harvard. „Poate, chiar mai important, am demonstrat că sistemul nostru permite studierea stadiilor timpurii ale formării cancerului în cadrul ţesuturilor umane crescute într-un context relevant organelor, in vitro.”
Spre deosebire de modelele de laborator convenţionale, dispozitivul mic numit 'Colon Chip' recreează multe dintre caracteristicile cheie ale bolii simultan, permiţând oamenilor de ştiinţă să studieze interacţiuni care au fost greu de observat până acum. Printre cele mai mari surprize s-au numărat fibroblastele – celule de ţesut conjunctiv cel mai bine cunoscute pentru susţinerea structurii organelor şi ajutarea la repararea ţesutului deteriorat. În loc să acționeze ca spectatori pasivi, celulele păreau să contribuie la generarea inflamaţiei şi slăbirea barierei de protecţie a intestinului.
👉 Testarea interacţiunilor celulare în modelul Colon Chip
Pentru a testa această idee, Özkan şi colegii săi au asociat fibroblaste din persoane cu IBD cu celule intestinale sănătoase din aceiaşi oameni pe acelaşi cip. Exprimarea celulelor sănătoase la fibroblastele respective a fost suficientă pentru a le determina să se comporte ca ţesuturi bolnave, având o barieră intestinală mai permeabilă şi răspunsuri inflamatorii mai intense. Aceste descoperiri sugerează că fibroblastele ar putea juca un rol mult mai important în IBD decât a fost considerat anterior.
„Prin combinarea celulelor epiteliale corelate, fibroblastelor stromale, celulelor imune circulante şi forţelor mecanice fiziologic relevante, Colon Chip permite cercetătorilor să determine contribuţia fiecărui component la boală”, a declarat Özkan pentru ScienceAlert.
Chipul a permis de asemenea cercetătorilor să exploreze un alt factor care a fost greu de studiat în laborator: întinderea constantă cauzată de mişcările intestinale normale. Recreative aceste forţe mecanice blânde, cercetătorii au descoperit că răspunsurile inflamatorii şi fibrotice au devenit chiar mai puternice în cipurile construite din ţesutul IBD.
Cercetătorii au folosit cipul şi pentru a investiga cum hormonii asociaţi sarcinii ar putea influenţa boala. Atunci când cipurile construite din celule donate de paciente feminine au fost expuse la aceşti hormoni, au observat răspunsuri inflamatorii mai intense şi o depunere crescută de colagen – modificări asociate cu cicatrizarea ţesutului, cunoscută sub numele de fibroză.
👉 Implicarea fibroblastelor în cancerul colorectal şi progresia IBD
Un studiu din 2022, publicat în PLOS Biology, a arătat că fibroblastele din colon adoptă stări inflamatorii în timpul inflamaţiei intestinale cronice şi ajută la remodelarea ţesutului lezat. Noua cercetare avansează, arătând că fibroblastele prelevate de la pacienţi cu IBD erau, de una singură, suficiente pentru a declanşa modificări de tip boală în ţesutul intestinal sănătos crescut pe cip. „Această înţelegere mecanică ar fi fost dificil de obţinut folosind organoide convenţionale sau modele animale”, a declarat Özkan. „Cel mai important progres este că acest model trece dincolo de replicarea patologiei IBD pentru a descoperi mecanismele care conduc progresia bolii într-un sistem complet uman, derivat din pacienţi.”
De asemenea, echipa s-a concentrat pe una dintre cele mai grave complicaţii pe termen lung ale IBD: cancerul colorectal. Pentru a investiga stadiile timpurii ale dezvoltării cancerului, au expus atât Chipurile Colon sănătoase, cât şi pe cele bolnave (fiecare utilizând celule din donatori diferiţi) la carcinogenul N-ethyl-N-nitrosourea (ENU). În timp ce ambele modele au răspuns, cipurile bolnave au prezentat modificări moleculare asociate cancerului mult mai puternice decât ţesutul sănătos. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că fibroblastele par a fi centrale pentru această susceptibilitate crescută la cancer.
Ţesutul intestinal sănătos a început să exprime doar markeri moleculare precoce asociaţi cancerului după ce a fost crescut alături de fibroblaste prelevate de la pacienţi cu IBD. „Forţa acestei platforme constă în capacitatea sa de a recrea cu fidelitate microambientul intestinal uman dinamic, permiţând studierea în izolare şi în combinaţie a fiecărui factor de boală”, a spus Özkan pentru ScienceAlert. „Integrarea celulelor epiteliale şi stromale derivate din pacienţi, împreună cu celulele imune circulante şi forţele mecanice similare peristaltismului, captează caracteristicile esenţiale ale bolii inflamatorii intestinale care lipsesc din majoritatea modelelor existente.”
Descoperirile sunt raportate în Nature Biomedical Engineering.