„Dieser Bericht stellt Antibiotika als kritischen exogenen Modulator der Osteoimmunantwort der Darmmikrobiota während der postpubertären Skelettentwicklung vor. " sagt Chad M. Novince, D. D. S., Ph.D., Assistenzprofessorin an den beiden Colleges of Medicine und Dental Medicine, die den Einfluss des Mikrobioms auf die Osteoimmunologie und die Skelettentwicklung untersucht. „Menschen haben gezeigt, dass Antibiotika die Mikrobiota stören, Dies ist jedoch die erste bekannte Studie, die untersucht, wie dies nachgelagerte Auswirkungen auf Immunzellen hat, die die Knochenzellen und den gesamten Skelett-Phänotyp regulieren. Diese Arbeit bringt die ganze Geschichte zusammen."
Die postpubertäre Entwicklungsphase ist ein kritisches Plastizitätsfenster, das den Aufbau von etwa 40 Prozent unserer maximalen Knochenmasse unterstützt. Jüngste Arbeiten des Novince-Labors und anderer haben gezeigt, dass die Darmmikrobiota zur Gesundheit des Skeletts beiträgt. Um den Einfluss einer antibiotischen Störung der Darmmikrobiota auf die postpubertäre Skelettentwicklung zu bestimmen, Novince arbeitete mit Teammitgliedern am MUSC zusammen und behandelte Mäuse mit einem Cocktail aus drei Antibiotika. In Zusammenarbeit mit dem Mikrobiom-Wissenschaftler Alexander V. Alekseyenko, Ph.D., außerordentlicher Professor am Biomedical Informatics Center und Gründungsdirektor des MUSC Program for Human Microbiome Research, sie konnten zeigen, dass eine antibiotische Behandlung zu starken Veränderungen der Darmmikrobiota führte, was zu spezifischen Veränderungen großer Bakteriengruppen führt.
"Dr. Alekseyenko im Team zu haben, ist eine einzigartige Stärke, “ sagt Novine.
Nach einer antibiotischen Störung der Mikrobiota, das Labor in Novince untersuchte die Integrität des Skelettsystems. Antibiotika-induzierte Veränderungen der Mikrobiota hatten nur geringe Auswirkungen auf den kortikalen Knochen; jedoch, es gab signifikante Veränderungen am trabekulären Knochen, die Art von Knochen, die einem hohen Knochenstoffwechsel unterliegt. Während frühere Arbeiten die Knochenzelldichte im gesamten Skelett nach einer antibiotischen Behandlung untersuchten, Diese Arbeit konzentrierte sich auf die zellulären Details, die dem Knochenerhalt zugrunde liegen. Der Knochenstoffwechsel wird durch ein Gleichgewicht von knochenabbauenden (Osteoklasten) und knochenbildenden (Osteoblasten) Zellen gesteuert. Interessant, es gab keine Veränderungen an den Osteoblasten, während Osteoklastenzellzahl, Größe und Aktivität wurden erhöht.
Um festzustellen, was den Anstieg der Osteoklastenaktivität verursacht hat, Das Labor in Novince untersuchte die Konzentrationen mehrerer Osteoklasten-Signalmoleküle. Sie fanden heraus, dass die Konzentrationen von proosteoklastischen Signalmolekülen im Kreislauf von mit Antibiotika behandelten Tieren erhöht waren. Dies deutet darauf hin, dass eine erhöhte Osteoklastenaktivität das Ergebnis einer spezifischen Immunantwort auf eine Veränderung der Mikrobiota ist.
Die nächste große Frage war, wie Antibiotika Immunzellen in der Knochenmarkumgebung beeinflussen.
„Unsere Studie ist tatsächlich in der Lage, spezifische adaptive und angeborene Immunzellmechanismen innerhalb der Knochenmarkumgebung zu untersuchen, um zu zeigen, dass es eine Wirkung auf die Knochenzellen gibt. " sagt Jessica D. Hathaway-Schrader, Ph.D., Postdoktorand und Erstautor dieser Studie.
Die Untersuchung von Immunzellpopulationen im Knochenmark zeigte überraschenderweise eine signifikante Zunahme von Myeloid-derived Suppressor Cells (MDSCs) von Antibiotika-behandelten Tieren. MDSCs sind dafür bekannt, die angeborene und adaptive Immunantwort bei verschiedenen Krankheiten zu regulieren, im Gesundheitswesen wurden sie jedoch nicht umfassend untersucht. Zusätzlich, Antigen-Präsentation und -Prozessierung wurden im Knochenmark nach antibiotischer Behandlung unterdrückt.
Zusammenfassend, Die Gruppe von Novince hat gezeigt, dass die Zerstörung der Darmmikrobiota durch Antibiotika die Kommunikation zwischen Immunzellen und Knochenzellen fehlreguliert. Während die aktuelle Studie einen Breitband-Antibiotikum-Cocktail verwendet, der die Zusammensetzung der Darmbakterien stark stören soll, die Ergebnisse rechtfertigen weitere Untersuchungen. Zukünftige Studien zielen darauf ab, ein Antibiotika-Regime zu integrieren, das sich besser auf die Behandlung mit Antibiotika beim Menschen übertragen lässt. Diese Studien könnten zu klinischen Studien führen, die darauf abzielen, die Auswirkungen bestimmter Antibiotika auf das Darmmikrobiom zu bestimmen. Diese Forschung würde die Entwicklung nicht-invasiver therapeutischer Interventionen im Mikrobiom unterstützen, die den Knochenabbau verhindern und behandeln sollen.
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