Lo studio determina l'impatto della perturbazione antibiotica del microbioma intestinale sulla salute scheletrica

I microbi sono spesso visti come agenti patogeni che causano malattie e gli antibiotici sono stati usati con successo per combattere questi invasori stranieri. In realtà, il quadro è più complesso. La maggior parte delle volte viviamo in armonia con il nostro microbiota intestinale commensale, che è la raccolta di microrganismi che colonizzano l'intestino sano. I batteri commensali regolano le funzioni biologiche dell'ospite, compresa la salute scheletrica. Ricercatori della Medical University of South Carolina (MUSC) che studiano osteoimmunologia, l'interfaccia del sistema scheletrico e immunitario, hanno esaminato l'impatto dell'interruzione del microbioma intestinale sano con antibiotici sullo sviluppo scheletrico post-puberale. I loro risultati, pubblicato online il 16 gennaio, 2019 in American Journal of Pathology , hanno mostrato che la distruzione antibiotica del microbiota intestinale induceva una risposta proinfiammatoria che portava a un aumento dell'attività degli osteoclasti.

"Questo rapporto introduce gli antibiotici come modulatore esogeno critico della risposta osteoimmune del microbiota intestinale durante lo sviluppo scheletrico post-puberale, " dice Chad M. Novince, DDS, dottorato di ricerca, assistente professore in entrambi i College of Medicine e Dental Medicine che studia l'impatto del microbioma sull'osteoimmunologia e sullo sviluppo scheletrico. "Le persone hanno dimostrato che gli antibiotici perturbano il microbiota, ma questo è il primo studio noto che valuta come ciò abbia effetti a valle sulle cellule immunitarie che regolano le cellule ossee e il fenotipo scheletrico generale. Questo lavoro riunisce l'intera storia."

La fase di sviluppo post-puberale è una finestra critica di plasticità che supporta l'accumulo di circa il 40% della nostra massa ossea di picco. Il lavoro recente del laboratorio Novince e altri ha dimostrato che il microbiota intestinale contribuisce alla salute scheletrica. Per determinare l'impatto della perturbazione antibiotica del microbiota intestinale nello sviluppo scheletrico post-puberale, Novince ha lavorato con i membri del team del MUSC e ha trattato i topi con un cocktail di tre antibiotici. In collaborazione con lo scienziato del microbioma Alexander V. Alekseyenko, dottorato di ricerca, professore associato presso il Centro di informatica biomedica e direttore fondatore del Programma MUSC per la ricerca sul microbioma umano, sono stati in grado di dimostrare che il trattamento antibiotico ha portato a importanti alterazioni nel microbiota intestinale, con conseguenti modifiche specifiche a grandi gruppi di batteri.

"Avere il dottor Alekseyenko come parte del team è un punto di forza unico, "dice Novince.

Dopo la distruzione antibiotica del microbiota, il laboratorio Novince ha esaminato l'integrità del sistema scheletrico. I cambiamenti indotti dagli antibiotici nel microbiota hanno avuto scarso impatto sull'osso corticale; però, ci sono stati cambiamenti significativi all'osso trabecolare, il tipo di osso che subisce alti tassi di metabolismo osseo. Mentre il lavoro precedente ha esaminato la densità delle cellule ossee nell'intero scheletro dopo il trattamento antibiotico, questo lavoro si è concentrato sui dettagli cellulari alla base del mantenimento dell'osso. Il metabolismo osseo è controllato attraverso un equilibrio tra le cellule che riassorbono l'osso (osteoclasti) e le cellule che costruiscono l'osso (osteoblasti). interessante, non ci sono stati cambiamenti agli osteoblasti, mentre il numero di cellule degli osteoclasti, le dimensioni e l'attività sono aumentate.

Per determinare cosa ha causato l'aumento dell'attività degli osteoclasti, il laboratorio Novince ha valutato i livelli di diverse molecole di segnalazione degli osteoclasti. Hanno scoperto che i livelli di molecole di segnalazione pro-osteoclastiche erano aumentati nella circolazione degli animali trattati con antibiotici, suggerendo che l'aumento dell'attività degli osteoclasti è il risultato di una risposta immunitaria specifica a un cambiamento nel microbiota.

La successiva domanda principale è stata l'impatto degli antibiotici sulle cellule immunitarie nell'ambiente del midollo osseo.

"Il nostro studio è effettivamente in grado di approfondire meccanismi specifici delle cellule immunitarie adattative e innate all'interno dell'ambiente del midollo osseo per dimostrare che c'è un effetto sulle cellule ossee, " dice Jessica D. Hathaway-Schrader, dottorato di ricerca, studioso post-dottorato e primo autore di questo studio.

L'esame delle popolazioni di cellule immunitarie nel midollo osseo ha sorprendentemente rivelato un aumento significativo delle cellule soppressorie di derivazione mieloide (MDSC) degli animali trattati con antibiotici. È noto che le MDSC regolano la risposta immunitaria innata e adattativa durante varie malattie, ma non sono stati ampiamente studiati nella salute. Inoltre, la presentazione e l'elaborazione dell'antigene sono state soppresse nel midollo osseo dopo il trattamento antibiotico.

In sintesi, Il gruppo di Novince ha dimostrato che l'interruzione degli antibiotici del microbiota intestinale disregola la comunicazione tra le cellule immunitarie e le cellule ossee. Mentre l'attuale studio ha utilizzato un cocktail antibiotico ad ampio spettro destinato a interrompere grossolanamente la composizione dei batteri intestinali, i risultati meritano ulteriori indagini. Gli studi futuri mirano a incorporare un regime antibiotico che si traduca meglio in trattamenti antibiotici umani. Questi studi potrebbero portare a studi clinici volti a definire l'impatto di antibiotici specifici sul microbioma intestinale. Questa ricerca sosterrebbe lo sviluppo di interventi terapeutici non invasivi nel microbioma destinati a prevenire e trattare il deterioramento scheletrico.

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