Das Epithel der Darmwand spielt eine entscheidende Rolle beim Schutz des restlichen Körpers vor den Milliarden von Mikroben, denen der Mensch durch die Nahrung ausgesetzt ist. Jedoch, in der Schwerelosigkeit, diese Barriere wird durchbrochen. Dies verhindert nicht nur die normale Darmfunktion, sondern beeinträchtigt auch die Fähigkeit der Darmbarriere, Infektionen zu widerstehen, selbst nachdem die Astronauten zur Erde zurückkehren.
Declan McCole ist Professor für biomedizinische Wissenschaften an der UC Riverside. (UCR School of Medicine/Carrie Rosema) Durch die Schwerelosigkeit ändert sich die Funktion des Körpers dramatisch. Die Veränderungen umfassen genetische, strukturelle und biochemische Veränderungen. Diese können dazu führen, dass die Person eine Gastroenteritis erleidet, und andere Symptome einer Darmerkrankung. Auch das körpereigene Immunsystem leidet, während Bakterien wie Salmonellen unter Mikrogravitationsbedingungen pathogener werden, Darmerkrankungen verursachen.
Der Grund dafür wird zum Teil in der aktuellen Studie aufgedeckt, Dies zeigt, dass die Umgebung der Schwerelosigkeit eine Schwächung der Darmepithelzellen verursacht, Verringerung ihrer Fähigkeit, den barrierebrechenden Eigenschaften bestimmter Wirkstoffe zu widerstehen. Und diese Schwäche war bis zu 14 Tage nach der Rückkehr der Person in eine normale Umgebung anhaltend vorhanden.
Die Forscher führten Acetaldehyd ein, ein Stoffwechselprodukt, das der Körper aus Alkohol produziert. Sie wählten dieses Mittel, weil bekannt ist, dass Alkohol die Darmbarriere bricht und die Durchlässigkeit der Darmwand sowohl bei gesunden als auch bei alkoholkranken Personen mit Leberschäden erhöht.
Undichter Darm. - Bildnachweis:Designua / Shutterstock Diese Barrierefunktion ist entscheidend für die Darmgesundheit, und sein Abbau verursacht eine Undichtigkeit des Darms. Er ermöglicht Infektionen und bakterielle Antigene, oder Metaboliten, in den Körper eindringen, verursachen, Wie allgemein bekannt ist, chronische Entzündung. Dazu gehören entzündliche Darmerkrankungen, Zöliakie, Typ-1-Diabetes und Lebererkrankungen.
Das vom Team verwendete Modell war ein rotierendes Wandgefäß, das die Zellen in einer kontrollierten Umgebung hält, in der sie ständigen Rotationen ausgesetzt sind. Dieses Gefäß ist ein Bioreaktor, wo biologische Reaktionen in lebenden Zellen ablaufen können. Die Bedingungen simulieren sorgfältig die Wirkung simulierter Mikrogravitation auf kultivierte Zellen, die aus dem Darmepithel entnommen wurden.
Die Zellen konnten in einer einzigen Schicht über den bereitgestellten Microcarrier-Beads wachsen. Diese Zellen könnten Tight Junctions bilden, während die Zellpolarität, oder Spitze-zu-Basis-Direktionalität, war ebenfalls nicht betroffen.
Nachdem die Zellen 18 Tage lang im Drehwandgefäß kultiviert wurden, die Darmepithelzellen zeigten eine signifikante Verzögerung bei der Bildung von Tight Junctions, die Zell-Zell-Verbindungen, an denen einzelne Epithelzellen miteinander verbunden sind, um eine wasserdichte Barriere zu bilden, die kein lebender Organismus oder biologisches Molekül überwinden kann. Auch wenn sie gebildet wurden, das Muster war anormal, wahrscheinlich aufgrund der Wirkung auf die Passage von Tight-Junction-Proteinen zur Zellmembran an der Spitze der Zelle, wo die Tight Junctions gebildet werden. Dieses veränderte Muster blieb bis zu 14 Tage nach dem Entfernen der kultivierten Zellen aus dem Gefäß bestehen.
Als sie die Zellen Acetaldehyddampf aussetzten, sie sahen, dass Barrieredefekte beobachtbar waren, mit einer Erhöhung der Permeabilität der Darmepithelzellbarriere. Daher, diese Zellen waren gegenüber dem die Barriere zerstörenden Mittel anfälliger als die Kontrollzellen, die keiner Schwerelosigkeit ausgesetzt waren.
Die an der Bildung der Tight Junctions beteiligten Proteine waren in ihrer Expression unverändert, nachweist, dass ihr Mangel die Verzögerung nicht zu vertreten hat. Dies wurde sowohl in Zellen beobachtet, die Acetaldehyd ausgesetzt waren, als auch in solchen, die dies nicht waren. Jedoch, in Acetaldehyd-exponierten Zellen, die Tight-Junction-Proteine zeigten unter Mikrogravitationsbedingungen eine gestörte Membranlokalisation. Obwohl eine solche Störung bei Acetaldehyd sowohl in rotierenden Gefäßen als auch in Kontrollzellen auftrat, im ersten Fall war es größer. Daher, Mikrogravitation macht das Darmepithel anfälliger für funktionelle Barrieredefekte, wenn es einem die Barriere störenden Wirkstoff ausgesetzt wird, und verursacht eine Reorganisation der Tight Junctions.
Der Mechanismus kann wahrscheinlich durch frühere Studien erklärt werden, die zeigen, wie Acetaldehyd die Stabilität der Protein-Interaktion mit der aktindichten Verbindung beeinträchtigt. wodurch die Tight-Junction-Proteine Occludin und ZO-1 fehllokalisiert werden.
Eine Mikrogravitationsumgebung kann dazu führen, dass gesunde Zellen einen Barrieredefekt entwickeln. Zweitens, wenn solche Zellen einem Wirkstoff ausgesetzt sind, der diese Barriere zerstören kann, der Defekt wird stark verstärkt, und dies kann das gesamte System der Darmhomöostase stören. Eigentlich, dies könnte das Risiko einer bakteriellen Infektion erhöhen, chronische Entzündung durch Kontakt mit bakteriellen Produkten, und einer schnellen schweren Infektion.
Forscher Declan McCole sagt:„Unsere Studie ist die erste, die untersucht, ob funktionelle Veränderungen der Barriereeigenschaften von Epithelzellen nach der Entfernung aus einer simulierten Mikrogravitationsumgebung im Laufe der Zeit aufrechterhalten werden. Unsere Arbeit kann über langfristige Raumfahrt und Kolonisierung informieren, bei der die Exposition gegenüber einem durch Lebensmittel übertragenen Krankheitserreger zu einer schwerwiegenderen Pathologie als auf der Erde führen kann.“
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