Propuštena crijeva i let u svemir - otkrio je mehanizam

Nova studija o učincima simulirane mikrogravitacije, stanje s kojim se astronauti suočavaju u svemiru, ometa epitelnu barijeru crijeva, a učinak ostaje i nakon što se astronaut vrati u normalno okruženje. Istraživanje je objavljeno u časopisu Znanstvena izvješća .

Epitel crijevne stjenke igra ključnu ulogu u zaštiti ostatka tijela od milijardi mikroba kojima su ljudi izloženi hranom. Međutim, u mikrogravitaciji, ova barijera je narušena. To ne samo da sprječava normalnu funkciju crijeva, već ugrožava sposobnost crijevne barijere da se odupre infekciji čak i nakon što se astronauti vrate na zemlju.

Declan McCole profesor je biomedicinskih znanosti na UC Riverside. (Medicinski fakultet UCR/Carrie Rosema)

Mikrogravitacija ili gotovo bestežinsko stanje

Mikrogravitacija uzrokuje dramatične promjene u funkcioniranju tijela. Promjene uključuju genetske, strukturne i biokemijske promjene. To može uzrokovati da pojedinac doživi gastroenteritis, i drugi simptomi bolesti crijeva. Imunološki sustav tijela također pati, dok bakterije poput salmonele postaju patogenije u uvjetima mikrogravitacije, izazivajući crijevne bolesti.

Razlog za to djelomično je otkriven u sadašnjoj studiji, što pokazuje da boravak u okruženju mikrogravitacije uzrokuje slabljenje epitelnih stanica crijeva, smanjujući njihovu sposobnost da izdrže svojstva probijanja barijera određenih sredstava. Ta je slabost bila prisutna i do 14 dana nakon što se pojedinac vratio u normalno okruženje.

Studija

Istraživači su predstavili acetaldehid, metabolit koji se u tijelu proizvodi iz alkohola. Odabrali su ovo sredstvo jer je poznato da alkohol razbija crijevnu barijeru i povećava propusnost stijenke crijeva kod zdravih i alkoholiziranih osoba s oštećenjem jetre.

Propuštena crijeva. - Ilustracija zasluga:Designua / Shutterstock

Ova barijerna funkcija ključna je za zdravlje crijeva, a njegov slom uzrokuje propuštanje crijeva. On dopušta infekcije i bakterijske antigene, ili metaboliti, ući u tijelo, izazivanje, kao što je poznato, kronična upala. To uključuje upalnu bolest crijeva, celijakija, dijabetesa tipa 1 i bolesti jetre.

Model koji je tim koristio bila je rotirajuća zidna posuda, koji drži stanice u okruženju u kojem su podvrgnute stalnoj rotaciji na kontroliran način. Ova posuda je bioreaktor, gdje se mogu pojaviti biološke reakcije u živim stanicama. Uvjeti pažljivo simuliraju učinak simulirane mikrogravitacije na uzgojene stanice uzete iz crijevnog epitela.

Pronalasci

Stanice su mogle rasti u jednom sloju preko danih kuglica mikronoša. Ove ćelije mogu stvarati uske spojeve dok polaritet stanica, ili usmjerenost od vrha do baze, također nije bio pogođen.

Nakon što su stanice kultivirane 18 dana u posudi s rotirajućom stjenkom, utvrđeno je da epitelne stanice crijeva pokazuju značajno kašnjenje u stvaranju čvrstih spojeva, spojevi stanica na stanicu gdje se pojedinačne epitelne stanice spajaju tvoreći vodonepropusnu barijeru koju niti jedan živi organizam ili biološka molekula ne mogu prijeći. Čak i kad su nastale, obrazac je bio nenormalan, vjerojatno zbog učinka na prolaz usko spojenih proteina do stanične membrane na vrhu stanice, gdje nastaju čvrsti spojevi. Ovaj promijenjeni uzorak trajao je do 14 dana nakon uklanjanja uzgojenih stanica iz posude.

Kad su stanice izložile parama acetaldehida, vidjeli su da su uočljivi nedostaci barijere, s povećanjem propusnosti barijere epitelnih stanica crijeva. Tako, te su stanice bile osjetljivije na sredstvo koje ometa barijeru od kontrolnih stanica koje nisu izložene mikrogravitaciji.

Proteini uključeni u stvaranje čvrstih spojeva nisu promijenjeni u ekspresiji, pokazujući da njihov nedostatak nije odgovoran za kašnjenje. To se vidjelo u stanicama izloženim acetaldehidu, kao i u onima koje nisu. Međutim, u stanicama izloženim acetaldehidima, proteini uskog spoja pokazali su poremećenu lokalizaciju membrane u uvjetima mikrogravitacije. Iako se takav poremećaj dogodio s acetaldehidom u posudi s rotirajućom stijenkom i kontrolnim stanicama, bila je veća u prvom slučaju. Tako, mikrogravitacija čini crijevni epitel osjetljivijim na oštećenja funkcionalne barijere kada je izložen sredstvu koje ometa barijeru i uzrokuje reorganizaciju uskih spojeva.

Mehanizam se vjerojatno može objasniti ranijim studijama koje pokazuju kako acetaldehid narušava stabilnost interakcije proteina nepropusnog spoja, uzrokujući pogrešnu lokalizaciju proteina zbijenih okludina i ZO-1.

Zaključak

Okolina mikrogravitacije može uzrokovati da zdrave stanice razviju barijerni defekt. Drugo, kada su takve stanice izložene sredstvu koje je sposobno razbiti ovu barijeru, kvar se jako pojačava, a to može poremetiti cijeli sustav intestinalne homeostaze. Zapravo, to bi moglo povećati rizik od bakterijske infekcije, kronična upala zbog izloženosti bakterijskim proizvodima, i brze ozbiljne infekcije.

Istraživač Declan McCole kaže, “Naša je studija prva koja istražuje zadržavaju li se funkcionalne promjene svojstava barijere epitelnih stanica tijekom vremena nakon uklanjanja iz simuliranog okruženja mikrogravitacije. Naš rad može informirati dugoročna svemirska putovanja i kolonizaciju gdje izloženost patogenu koji se prenosi hranom može rezultirati ozbiljnijom patologijom nego na Zemlji. ”

• Pronađena je veza između crijevnog mikrobioma,
• Istraživanja pokazuju kako crijevni mikrobi utječu na želučanu gripu