Модель новорожденных мышей дает ключ к разгадке причин разрушительного заболевания кишечника у недоношенных детей с анемией

Врачи давно подозревали, что переливание эритроцитов недоношенным детям с анемией может подвергнуть их опасности развития некротического энтероколита. или NEC, потенциально смертельное воспалительное заболевание кишечника. Тем не мение, Твердые доказательства связи было трудно получить отчасти из-за отсутствия практической модели на животных, способной точно представить, что физически происходит, когда ребенок получает NEC.

Лабораторная мышь кормит своих новорожденных щенков размером с четверть и весом менее унции. Исследовательская группа под руководством Johns Hopkins Medicine преодолела предыдущие проблемы, работая с детенышами мышей, чтобы разработать модель для изучения разрушительного желудочно-кишечного заболевания, поражающего недоношенных детей анемией. Предоставлено:Лаборатория Джексона.

Теперь, Исследователи из Johns Hopkins Medicine сообщают, что они разработали эту модель - которая считается первой в своем роде - с использованием детенышей мышей, или щенки, которым сначала сделают анемию, а затем сделают переливание крови новорожденных мышей другой линии. Новый метод, исследователи говорят, имитирует то, что происходит, когда человеческим младенцам делают переливание крови от неродственного донора.

Описание модели мыши, наряду со значительными открытиями и потенциальными преимуществами от первого использования, публикуется в новой статье в журнале Nature Communications .

<цитата>

Нам нужна была рабочая модель живых мышей, чтобы узнать, приводит ли одно только переливание крови к НЭК, или это происходит только в том случае, если переливание проводится при наличии анемии ».

Ахил Махешвари, Доктор медицины, Профессор педиатрии медицинского факультета Университета Джона Хопкинса, директор неонатологии Детского центра Джонса Хопкинса, и старший автор исследования

Наблюдается примерно у 10–12% младенцев с массой тела менее 3,5 фунтов при рождении. НЭК - это быстро прогрессирующее желудочно-кишечное расстройство, при котором бактерии проникают в стенку толстой кишки, вызывая воспаление, которое в конечном итоге может разрушить здоровую ткань в этом месте. Если некротизировано (убито) достаточное количество клеток, что приведет к образованию дыры в стенке кишечника, фекалии могут попасть в кровоток и вызвать опасный для жизни сепсис.

С 2004 г. Махешвари говорит:Исследования неоднократно показывали, что у недоношенных детей с тяжелой анемией - у детей с соотношением эритроцитов к общему объему крови при рождении от 20% до 24% - может развиться НЭК в течение 48 часов после переливания эритроцитов. По сравнению, Американская академия педиатрии утверждает, что у доношенных детей объем красных кровяных телец обычно составляет от 42% до 65%, снижается до 31–41% в возрасте 1 года.

В поисках полезной и практичной модели мыши, Махешвари и его коллегам пришлось преодолеть проблему размеров.

«Новорожденные щенки мышей размером с четверть и весят меньше 30 граммов. поэтому из них крайне сложно взять достаточно крови для анализа в лаборатории, - говорит Махешвари.

Чтобы преодолеть это препятствие, частная компания по производству медицинского диагностического оборудования пожертвовала использование своей передовой системы анализа крови, которая требует всего 5 микролитров (5 миллионных долей литра) образца вместо 50 микролитров - 60% от общего запаса крови щенка мыши - что требуется большинству лабораторий тестирования. .

Следующий, исследователи разработали процедуру для индукции тяжелой анемии у щенков путем удаления примерно половины их объема крови через день в течение 10 дней после рождения. Это снизило их количество эритроцитов до уровней, приближающихся к уровням у новорожденных с тяжелой анемией.

Через семь дней после рождения, исследователи представили бактерии, которые были выделены и культивированы у недоношенного ребенка с NEC. Наконец-то, Переливание эритроцитов было проведено на 11-й день после рождения.

В течение следующих 48 часов исследователи искали развитие NEC-подобных симптомов в своей экспериментальной группе и трех других группах мышей:(1) контрольная группа без какого-либо вмешательства, (2) группа без анемии, которая получала переливание крови, и (3) группа с анемией, но без переливания.

<цитата>

Только у детенышей с тяжелой анемией, которым переливали кровь, было обнаружено повреждение кишечника, напоминающее человеческий некроз с некрозом. воспаление и отделение тканей, поддерживающих слизистую оболочку толстой кишки. Следующим шагом было выяснить, сможем ли мы найти механизм, почему это произошло ».

Ахил Махешвари, Доктор медицины

Исследование крови детенышей с NEC-подобными состояниями после переливания крови. исследователи обнаружили, что он содержит три компонента, которых нет в крови других подопытных мышей:(1) большое количество макрофагов, иммунные клетки, которые поглощают и переваривают клеточный мусор, бактерии и вирусы, (2) свободно циркулирующий гемоглобин, молекулы на основе железа, которые обычно переносят кислород по всему телу, будучи прикрепленными к эритроцитам, и (3) повышенный уровень белков, вызывающих воспаление, это указывает на то, что макрофаги были активированы даже без биологической угрозы кишечнику.

Исследователи также заметили, что уровни гаптоглобина, белок, удаляющий свободный гемоглобин из крови, были крайне низкими.

«Эти данные свидетельствуют о том, что анемия снижает количество гаптоглобина у новорожденных, предотвращение правильного удаления свободного гемоглобина, поступающего при переливании, как это обычно бывает, - говорит Махешвари.

Что, по-видимому, происходит, он говорит, заключается в том, что свободный гемоглобин прикрепляется к белковому рецептору на стенке кишечника, который является тем же местом, где связываются бактериальные яды. Как результат, иммунная система ошибочно полагает, что кишечник подвергается атаке, и активирует макрофаги.

Как только эти иммунные клетки заработают, Махешвари объясняет:они вызывают высвобождение воспалительных белков в крови анемии, переливали мышей. «Это событие вызывает двойной удар по стенке кишечника, " он говорит. "Первый, белки макрофагов воспаляются и ослабляют ткани, делая их уязвимыми, а потом, бактерии проникают внутрь и производят эндотоксины, убивающие отдельные клетки ».

Имея доказательства вероятного механизма, объясняющего связь между анемией и переливанием крови в развитии НЭК, Затем исследователи попытались подтвердить это, увидев, могут ли они заблокировать две из его стадий, и, возможно, продвигать поиск потенциальных методов лечения.

<цитата>

В одном испытании мы дали гаптоглобин нашим модельным мышам с анемией перед переливанием и заблокировали активацию макрофагов, поэтому у них не развились симптомы, подобные NEC ".

Ахил Махешвари, Доктор медицины

В другом тесте наночастицы, которые Сэмюэл Уиклайн, Доктор медицины, и его коллеги из Университета Южной Флориды использовали для доставки генетического прерывания - молекулу РНК, известную как малая интерферирующая РНК, или миРНК - которая блокирует химический сигнал, говорящий макрофагам о начале производства воспалительных белков. Наночастицы были помечены флуоресцентным красителем, чтобы отслеживать их движение, и содержали нетоксичное соединение, полученное из яда медоносной пчелы.

Махешвари говорит, что макрофаги в крови анемичных детенышей мыши поглотили наночастицы и заключили их в вакуоли. Производное пчелиного яда, он объясняет, вскрыли вакуоли, чтобы миРНК могла высвобождаться внутри макрофагов.

Блокатор генетических сигналов работал хорошо, Уиклайн говорит:защита анемичных детенышей мышей от воспаления кишечника после переливания эритроцитов.

«Поскольку мы показали, что ингибирующие наночастицы с миРНК способны контролировать главный регулятор воспаления в NEC, возможно, однажды эту технологию можно будет применить не только для лечения или профилактики НЭК, но другие заболевания, при которых воспаление играет ключевую роль, такие как артрит и атеросклероз, " он говорит.

Махешвари говорит, что он надеется, что новая модель мышей и результаты текущего исследования могут быть использованы для разработки биомаркеров крови, которые могут указать, какие новорожденные люди подвергаются наибольшему риску развития НЭК.

• Исследование показывает, как микробиом шейки матки может вызывать устойчивость к хламидиозу.
• Ученые выявили наследственную мутацию риска рака поджелудочной железы