L'epitelio della parete intestinale svolge un ruolo cruciale nella protezione del resto del corpo dai miliardi di microbi a cui gli esseri umani sono esposti attraverso il cibo. Però, in microgravità, questa barriera è infranta. Ciò non solo impedisce la normale funzione intestinale, ma compromette la capacità della barriera intestinale di resistere alle infezioni anche dopo il ritorno degli astronauti sulla terra.
Declan McCole è professore di scienze biomediche alla UC Riverside. (Scuola di Medicina dell'UCR/Carrie Rosema) La microgravità fa sì che il funzionamento del corpo cambi drasticamente. I cambiamenti includono genetici, alterazioni strutturali e biochimiche. Questi possono causare l'individuo a sperimentare gastroenterite, e altri sintomi di malattie intestinali. Anche il sistema immunitario del corpo soffre, mentre batteri come la salmonella diventano più patogeni in condizioni di microgravità, causando malattie intestinali.
La ragione di ciò è scoperta in parte nel presente studio, che mostra che essere in un ambiente di microgravità provoca un indebolimento delle cellule epiteliali intestinali, riducendo la loro capacità di resistere alle proprietà di violazione della barriera di determinati agenti. E questa debolezza era persistentemente presente fino a 14 giorni dopo che l'individuo è tornato in un ambiente normale.
I ricercatori hanno introdotto l'acetaldeide, un metabolita prodotto nel corpo dall'alcol. Hanno scelto questo agente perché è noto che l'alcol abbatte la barriera intestinale e migliora la permeabilità della parete intestinale in soggetti sani e alcolisti con danni al fegato.
Intestino che perde. - Credito di illustrazione:Designua/Shutterstock Questa funzione di barriera è fondamentale per la salute intestinale, e la sua rottura provoca permeabilità intestinale. Il suo permette infezioni e antigeni batterici, o metaboliti, entrare nel corpo, causando, come è noto, infiammazione cronica. Ciò include la malattia infiammatoria intestinale, celiachia, diabete di tipo 1 e malattie del fegato.
Il modello utilizzato dal team era un vaso a parete rotante, che mantiene le cellule in un ambiente in cui sono sottoposte a rotazione costante in modo controllato. Questa nave è un bioreattore, dove possono verificarsi reazioni biologiche nelle cellule viventi. Le condizioni simulano accuratamente l'effetto della microgravità simulata su cellule in coltura prelevate dall'epitelio intestinale.
Le cellule sono state in grado di crescere in un unico strato sulle microsfere fornite. Queste cellule potrebbero formare giunzioni strette mentre la polarità cellulare, o direzionalità dall'apice alla base, era inalterato pure.
Dopo che le cellule sono state coltivate per 18 giorni all'interno del vaso a parete rotante, è stato riscontrato che le cellule epiteliali intestinali mostrano un ritardo significativo nella formazione di giunzioni strette, le giunzioni cellula-cellula in cui le singole cellule epiteliali si uniscono per formare una barriera a tenuta stagna che nessun organismo vivente o molecola biologica può attraversare. Anche quando si sono formati, il modello era anomalo, probabilmente a causa dell'effetto sul passaggio delle proteine a giunzione stretta alla membrana cellulare all'apice della cellula, dove si formano le giunzioni strette. Questo pattern alterato persisteva fino a 14 giorni dopo la rimozione delle cellule coltivate dal vaso.
Quando hanno esposto le cellule al vapore di acetaldeide, videro che i difetti della barriera erano osservabili, con un aumento della permeabilità della barriera cellulare epiteliale intestinale. Così, queste cellule erano più vulnerabili all'agente che interrompe la barriera rispetto alle cellule di controllo non esposte alla microgravità.
Le proteine coinvolte nella formazione delle giunzioni strette sono rimaste inalterate nell'espressione, dimostrando che la loro carenza non era responsabile del ritardo. Questo è stato visto nelle cellule esposte all'acetaldeide e in quelle che non lo erano. Però, nelle cellule esposte all'acetaldeide, le proteine a giunzione stretta hanno mostrato una localizzazione della membrana interrotta in condizioni di microgravità. Sebbene una tale interruzione si sia verificata con l'acetaldeide sia nel vaso a parete rotante che nelle cellule di controllo, era maggiore nel primo caso. Così, la microgravità rende l'epitelio intestinale più suscettibile ai difetti della barriera funzionale quando esposto a un agente che interrompe la barriera e provoca la riorganizzazione delle giunzioni strette.
Il meccanismo può probabilmente essere spiegato da studi precedenti che mostrano come l'acetaldeide comprometta la stabilità dell'interazione della proteina della giunzione actina-stretta, causando la localizzazione errata delle proteine della giunzione stretta occludina e ZO-1.
Un ambiente di microgravità può far sì che le cellule sane sviluppino un difetto di barriera. In secondo luogo, quando tali cellule sono esposte a un agente in grado di distruggere questa barriera, il difetto è notevolmente intensificato, e questo può sconvolgere l'intero sistema dell'omeostasi intestinale. Infatti, questo potrebbe esagerare il rischio di infezione batterica, infiammazione cronica dovuta all'esposizione a prodotti batterici, e di rapida infezione grave.
Il ricercatore Declan McCole afferma:“Il nostro studio è il primo a indagare se i cambiamenti funzionali alle proprietà della barriera cellulare epiteliale sono mantenuti nel tempo dopo la rimozione da un ambiente di microgravità simulato. Il nostro lavoro può informare i viaggi spaziali a lungo termine e la colonizzazione in cui l'esposizione a un agente patogeno di origine alimentare può provocare una patologia più grave rispetto alla Terra».
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