Nauja žmogaus storosios žarnos mikroschema leidžia in vitro ištirti gleivių fiziologiją

Mūsų požiūris suteikia tyrėjams galimybę rasti atsakymus į klausimus apie normalią ir su liga susijusią gleivių biologiją, kaip jos indėlis į žarnyno uždegimines ligas ir vėžį, ir sudėtingos šeimininko ir mikrobiomos sąveikos. Svarbu, mes naudojame iš pacientų gautas ląsteles šiems prietaisams tiesti, todėl tai yra visiškai naujas požiūris į individualizuotą mediciną, kai galima ištirti, kaip konkretaus paciento gleivės veikia ar sutrinka, ir atitinkamai pritaikyti terapiją “.

Donaldas Ingberis, M. D., Daktaras, Steigėjas, tyrimo vyresnysis tyrėjas

Ingberis taip pat yra Judah Folkman kraujagyslių biologijos profesorius Harvardo medicinos mokykloje ir kraujagyslių biologijos programa Bostono vaikų ligoninėje, taip pat Harvardo John A. Paulson inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos bioinžinerijos profesorius. Jo komanda yra daugiainstitucinio bendradarbiavimo dalis, kurią palaiko „Cancer Research UK Grand Challenge“ dotacija, kurioje jo Wyss komanda tiria, kaip su uždegimu susiję pokyčiai prisideda prie vėžio formavimosi, įskaitant gaubtinės žarnos vėžį. „Grand Challenge“ yra ambicinga tarptautinė vėžio tyrimų iniciatyva, remti pasaulyje pirmaujančias mokslininkų komandas, siekiant įveikti sunkiausius vėžio iššūkius, ir suteikiant jiems laisvę išbandyti naujus masto metodus.

Komandos požiūris prasideda nuo gautų storosios žarnos ląstelių, gautų iš gaubtinės žarnos rezekcijų ir endoskopinių biopsijų, kurios pirmą kartą išauginamos kaip „organoidai“, maži storosios žarnos audinio rutuliai, kuriuose daugiausia yra epitelio kamieninių ląstelių. Suskaidžius organoidus, jų ląstelės naudojamos užpildyti dviejų lygiagrečių mikrofluidinės mikroschemos kanalų, atskirtų akyta membrana, viršutinę dalį. Tiesiog nuolat perfuzuodami kanalus maistine terpe, storosios žarnos kamieninės ląstelės išauga į vientisą lakštą ir sudaro labai funkcionalias taurių ląsteles, išskiriančias gleives.

"Auginant ląsteles sraute sraute, maždaug 15% epitelio ląstelių spontaniškai diferencijuojasi į taurės ląsteles. Pasiskirsto visame epitelyje, iš jų susidaro į in vivo panašus gleivių sluoksnis, “-sakė pirmoji autorė Alexandra Sontheimer-Phelps, Freiburgo universiteto absolventas, Vokietija, dirba Ingberio grupėje. "Tuo pačiu metu, kitos epitelio ląstelės, kurios nuolat dalijasi, taip pat papildo taurių ląstelių populiaciją, kaip ir gyvoje gaubtinėje žarnoje, tai reiškia, kad lustą pastovios būklės sąlygomis galima išlaikyti ilgiau nei dvi savaites, todėl tai labai naudinga ilgesnėms studijoms “.

Wyss komanda parodė, kad storosios žarnos epitelis mikroschemoje yra visiškai poliarizuotas su atskirais žymenimis, apribotais tik jo spindyje, gleives išskiriančią pusę ir priešingą jos membraną rišančią pusę. Jo taurės ląstelės išskiria pagrindinį gleivių baltymo muciną 2 (MUC2), kurie, susieti su sudėtingomis cukraus molekulių grandinėmis, susirenka į daugiamolekulį tinklą arba gelį, kuris sugeria vandenį. "Mūsų požiūris iš tikrųjų sukuria dviejų sluoksnių įprastų gaubtinės žarnos gleivių struktūrą su vidiniu tankiu sluoksniu, kuris, kaip mes parodome, yra nepralaidus bakterijas imituojančioms dalelėms, tekančioms per žarnyno kanalą, ir laisvesnis išorinis sluoksnis, leidžiantis patekti dalelėms. Tai niekada nebuvo padaryta anksčiau in vitro, “-sakė Sontheimer-Phelps.

Norėdami ištirti gleivių funkcionalumą, ji ir jos bendradarbiai lustą paveikė uždegiminio tarpininko PGE2. Gleivės greitai patino per kelias minutes ir nepriklausomai nuo naujų gleivių sekrecijos, ir šis gleivių kaupimosi procesas gali būti vizualizuotas gyvose kultūrose, žiūrint į drožles iš šono su tamsiu lauku. Šis dinaminis atsakas gali būti užblokuotas slopinant vieną konkretų jonų kanalą, kuris siurbia jonus į storosios žarnos epitelį ir pasyviai leidžia vandens molekulėms sekti ir, matyt, tai skatina gleivių patinimą, kai jas skatina tokie signalai kaip PGE2.

Ilgą laiką buvo manoma, kad gleivės yra pasyvios, šeimininko barjeras, tačiau tampa vis aiškiau, kad mikrobų rūšys veikia ne tik jos struktūrą ir funkciją, bet ir maitina angliavandenius kaip energijos šaltinį. „Mūsų in vitro sistema priartina mus vienu žingsniu prie to, kad išsiaiškintume, kaip atskiros bakterijų rūšys ir sudėtingesnės mikrobų bendruomenės gali paveikti gleives ir atvirkščiai, taip pat kaip ši sudėtinga sąveika veikia žarnyno ligų vystymąsi. Mes taip pat turime bandomąją lovą, kad atrastume naujas terapines vaistų ir probiotikų strategijas, kurios galėtų užkirsti kelią šioms ligoms arba jas pakeisti “, - sakė Ingberis.

• Valgant sveikus vaisius, tiek vyrams, tiek moterims gali sumažėti kraujospūdis
• Naujas vėlyvojo sepsio modelis tiria galimus naujagimių infekcijos gydymo būdus