Nyfødt musemodel giver spor til årsag til ødelæggende tarmsygdom i anæmiske præemier

Læger har længe mistanke om, at transfusioner af røde blodlegemer givet til for tidligt fødte børn med anæmi kan bringe dem i fare for at udvikle nekrotiserende enterocolitis, eller NEC, en potentielt dødelig inflammatorisk sygdom i tarmene. Imidlertid, solide beviser for forbindelsen har været vanskeligt at få delvis på grund af manglen på en praktisk dyremodel, der er i stand til præcist at repræsentere, hvad der fysisk sker, når en baby får NEC.

En laboratoriemus fodrer sine nyfødte unger, der er på størrelse med et kvarter og vejer mindre end en ounce. Et Johns Hopkins-medicinsk ledet forskerhold har overvundet tidligere problemer med at arbejde med mus til at udvikle en model til undersøgelse af en ødelæggende mave-tarmsygdom, der rammer for tidligt fødte babyer med anæmi. Kredit:Jackson Laboratory

Nu, forskere ved Johns Hopkins Medicine rapporterer, at de har udviklet den model - der menes at være den første af sin art - ved hjælp af spædbarnsmus, eller unger, der først laves anæmiske og derefter får blodtransfusioner fra nyfødte af en anden musestamme. Den nye metode, siger forskerne, efterligner, hvad der sker, når blodtransfusioner gives til menneskelige babyer fra en ikke-relateret donor.

En beskrivelse af musemodellen, sammen med betydelige fund og potentielle fordele ved dets første anvendelser, udgives i en ny artikel i tidsskriftet Naturkommunikation .

Vi havde brug for en fungerende levende musemodel for at lære, om en blodtransfusion alene fører til NEC, eller sker det kun, hvis transfusionen gives, når der er anæmi. "

Akhil Maheshwari, M.D., Professor i pædiatri ved Johns Hopkins University School of Medicine, direktør for neonatologi ved Johns Hopkins Children's Center, og seniorforfatter af forskningspapiret

Set hos cirka 10% til 12% af spædbørn, der vejer mindre end 3,5 pund ved fødslen, NEC er en hurtigt fremskridt gastrointestinal nødsituation, hvor bakterier invaderer tyktarmen, forårsager betændelse, der i sidste ende kan ødelægge sundt væv på stedet. Hvis der nekrotiseres nok celler (dræbes) til, at et hul resulterer i tarmvæggen, fækalt materiale kan trænge ind i blodbanen og forårsage livstruende sepsis.

Siden 2004 har Maheshwari siger, forskningsundersøgelser har gentagne gange vist, at babyer, der fødes for tidligt, og som er alvorligt anæmiske - dem med en andel af røde blodlegemer til et samlet blodvolumen mellem 20% og 24% ved fødslen - kan udvikle NEC inden for 48 timer efter modtagelse af en transfusion af røde blodlegemer. Til sammenligning, American Academy of Pediatrics siger, at babyer, der fødes til termin, normalt har røde blodlegemer mellem 42% og 65%, falder til mellem 31% og 41% i en alder af 1.

På jagt efter en nyttig og praktisk musemodel, Maheshwari og hans kolleger måtte overvinde et størrelsesproblem.

“Nyfødte musunger er omtrent på størrelse med et kvarter og vejer mindre end en ounce, så det er ekstremt svært at fjerne nok blod fra dem til laboratorier at analysere, ”Siger Maheshwari.

For at komme forbi den forhindring, et privat medicinsk diagnostisk udstyrsfirma donerede brugen af ​​sit avancerede blodanalysesystem, der kun kræver en 5 mikroliter (5 milliontedels liter) prøve i stedet for de 50 mikroliter - 60% af en mushvalps samlede blodforsyning - som de fleste testlaboratorier kræver .

Næste, forskerne designet en procedure til at fremkalde alvorlig anæmi hos ungerne ved at fjerne omkring halvdelen af ​​deres blodvolumen hver anden dag i 10 dage efter fødslen. Dette faldt deres røde blodlegemer til niveauer, der tilnærmede dem hos alvorligt anæmiske nyfødte babyer.

Syv dage efter fødslen, forskerne introducerede bakterier, der var blevet isoleret og dyrket fra et for tidligt spædbarn med NEC. Endelig, røde blodlegemer blev givet på den 11. dag efter fødslen.

I løbet af de næste 48 timer, forskerne ledte efter udvikling af NEC-lignende symptomer i deres forsøgsgruppe og tre andre sæt musunger:(1) en kontrolgruppe uden nogen indgriben, (2) en gruppe uden anæmi, der modtog transfusioner og (3) en gruppe med anæmi, men ikke transfunderede.

Kun de stærkt anæmiske unger, der modtog blodtransfusioner, viste tarmskader, der lignede menneskelig NEC med nekrose, betændelse og adskillelse af vævene, der understøtter foring af tyktarmen. Det næste trin var at se, om vi kunne finde en mekanisme til, hvorfor dette skete. "

Akhil Maheshwari, M.D

Undersøgelse af ungernes blod med NEC-lignende tilstande efter at de var blevet transfunderet, forskerne opdagede, at den indeholdt tre komponenter, der ikke ses i blodet fra de andre testmus:(1) et stort antal makrofager, immuncellerne, der opsluger og fordøjer celleaffald, bakterier og vira, (2) frit cirkulerende hæmoglobin, de jernbaserede molekyler, der normalt transporterer ilt i hele kroppen, når de er knyttet til røde blodlegemer, og (3) forhøjede niveauer af inflammationsfremkaldende proteiner, hvilket angiver, at makrofagerne var blevet aktiveret, selv uden en biologisk trussel mod tarmen.

Forskerne observerede også, at niveauer af haptoglobin, et protein, der fjerner frit hæmoglobin fra blodet var ekstremt lave.

"Disse fund tyder på, at anæmi reducerer mængden af ​​haptoglobin hos det nyfødte, forhindre, at det frie hæmoglobin, der kommer ind via transfusion, fjernes korrekt, som det normalt ville, ”Siger Maheshwari.

Hvad der tilsyneladende sker, han siger, er, at frit hæmoglobin binder sig til en proteinreceptor på tarmvæggen, der er det samme sted, hvor bakterielle giftstoffer binder sig. Som resultat, immunsystemet tror fejlagtigt, at tarmen bliver angrebet og aktiverer makrofagerne.

Når disse immunceller går på arbejde, Maheshwari forklarer, de udløser frigivelse af de inflammatoriske proteiner, der ses i blodet af anæmien, transfunderede mus. "Denne begivenhed starter et dobbelt slag på tarmvæggen, " han siger. "Først, makrofagproteinerne brænder og svækker vævene, gør dem sårbare, og så, bakterier bevæger sig ind og producerer endotoksiner, der dræber de enkelte celler. ”

Med beviser for en sandsynlig mekanisme til at forklare forbindelsen mellem anæmi og transfusion i udviklingen af ​​NEC, forskerne søgte derefter at bekræfte det ved at se, om de kunne blokere to af dets faser, og måske, fremme søgen efter potentielle terapier.

I et forsøg, vi gav haptoglobin til vores model anæmiske mus, før vi transfunderede dem og blokerede makrofagaktivering, så de udviklede ikke NEC-lignende symptomer. "

Akhil Maheshwari, M.D

I en anden test, nanopartikler, som Samuel Wickline, M.D., og hans kolleger ved University of South Florida udviklet blev brugt til at levere en genetisk afbrydelse - et RNA -molekyle kendt som et lille interfererende RNA, eller siRNA - der blokerer det kemiske signal, der fortæller makrofager at begynde at producere inflammatoriske proteiner. Nanopartiklerne blev mærket med et fluorescerende farvestof for at spore deres bevægelse og inkluderede en giftfri forbindelse afledt af honningbi gift.

Maheshwari siger, at makrofagerne i blodet af anæmiske musunger opslugte nanopartiklerne og lukkede dem i vakuoler. Biviftderivatet, forklarer han, brød vakuolerne op, så siRNA kunne frigives inde i makrofagerne.

Den genetiske signalblokker fungerede godt, Wickline siger, beskyttelse af de anæmiske musunger mod tarmbetændelse efter transfusion af røde blodlegemer.

“Fordi vi viste, at de hæmmende nanopartikler med siRNA’er var i stand til at kontrollere en hovedregulator for betændelse i NEC, måske kan denne teknologi en dag anvendes til ikke kun at behandle eller forhindre NEC, men andre sygdomme, hvor inflammation spiller en nøglerolle, såsom gigt og åreforkalkning, " han siger.

Maheshwari siger, at han håber, at den nye musemodel og resultaterne fra den nuværende undersøgelse kan bruges til at udvikle blodbiomarkører, der kan indikere, hvilke menneskelige nyfødte der er mest udsatte for at udvikle NEC.

• Undersøgelse viser, hvordan cervicovaginal mikrobiom kan fremkalde resistens over for klamydia
• Forskere identificerer arvelig kræft i kræft i bugspytkirtlen