Mokslininkų grupė, vadovaujama jaunesniojo docento Kazuo Takayamos iš Ląstelių augimo ir diferenciacijos katedros, neseniai sukūrė naują uždegiminės žarnyno ligos modelį, naudodama iPS ląsteles, leidžiančią tiksliau modeliuoti būklę, tiriant pagrindinius ligos mechanizmus ir nustatyti naujus gydymo būdus. .
Beveik 5 milijonai žmonių visame pasaulyje kenčia nuo uždegiminės žarnyno ligos (IBD), būklės, kuriai būdingas lėtinis žarnyno uždegimas, sukeliantis virškinimo trakto simptomus, tokius kaip viduriavimas ir pilvo skausmas. Nors kai kurie vaistai yra prieinami IBD gydymui, ligos remisija išlieka neoptimali, nes jie neišgydo pagrindinės ligos.
Svarbus veiksnys, trukdantis nustatyti naujus vaistus, skirtus IBD gydyti ir išgydyti, yra tai, kad šiuo metu mums trūksta tikslių ligos modelių, kurie galėtų tiksliai apibendrinti pacientų būklę, kai jie patiria IBD.
Siekdama išspręsti šią problemą, Takayamos vadovaujama komanda iškėlė hipotezę, kad jie galėtų sukurti geresnį IBD modelį, sukonstruodami gaubtinės žarnos organoidus, apimančius skirtingus ląstelių tipus, apimančius žarnyną, nes dabartiniuose modeliuose paprastai naudojamos žarnyno ląstelių linijos arba jose yra tik storosios žarnos epitelio ląstelės.
Naudodami iPS ląstelių galią virsti beveik visomis žmogaus kūno ląstelėmis, mokslininkai paskatino iPS ląsteles diferencijuoti į storosios žarnos epitelio ir stromos ląsteles per penkių etapų procesą iki storosios žarnos organoidų. Darbas publikuojamas žurnale iScience.
Ištyrus įvairius ląstelių tipui būdingus žymenis ir atliekant vienos ląstelės RNR sekos (scRNA-seq) analizę, šiuose organoiduose buvo identifikuotos ir storosios žarnos epitelio, ir stromos ląstelės, taip įrodant sėkmingą komandos bandymą sukurti organoidus, susidedančius iš skirtingų pagrindinių ląstelių tipų. žarnynas geresniam IBD modeliavimui.
Su šiais pažangiais organoidais tyrimo grupė siekė nustatyti būdus, kaip atkurti IBD ligas. Kadangi IBD atsiradimo ir progresavimo metu pakyla įvairių uždegiminių citokinų lygis, tyrėjai gaubtinės žarnos organoidus gydė skirtingais kelių citokinų deriniais (TNF-α, IFN-γ ir IL-1β), kuriuos galima aptikti IBD sergantiems pacientams ligos metu.
Šis kombinuotas gydymas citokinais sukėlė uždegiminį audinių pažeidimą ir padidino IL-8, kito citokino, kuris, kaip žinoma, padidina IBD sergančių pacientų, kiekį, taip tyrėjams parodydamas, kad jiems pavyko imituoti ligas.
Toliau tyrimo grupė apibūdino šį naujai sukurtą gaubtinės žarnos organoidų pagrindu pagrįstą IBD modelį histologine, imunofluorescencine ir genų ekspresijos analize, stebėdama daugybę morfologinių ir ląstelių pokyčių, kurie lygiagrečiai atliekami IBD pacientų žarnyno audiniams.
Papildomos analizės taip pat parodė žarnyno barjerinių funkcijų sutrikimus. Pažymėtina, kad scRNA-seq nustatė stromos ir endotelio ląsteles, kurios labai ekspresuoja genus, koduojančius uždegiminius citokinus, kartu gydant TNF-α, IFN-γ ir IL-1β, o tai rodo, kad šios ląstelės yra pagrindinis uždegiminių citokinų šaltinis ir iliustruoja jų svarbą. įtraukti tokius ląstelių tipus, kad būtų tiksliai pavaizduota IDB patofiziologija.
Naudodami tris citokinus, kad sukeltų į IBD panašias sąlygas, mokslininkai ištyrė, ar panašus dažniausiai naudojamos ląstelių linijos, naudojamos IBD modeliavimui, gydymas gali sukelti panašų atsaką.
Nors genų ekspresijos analizė atskleidė uždegiminio atsako pradžią, jie pastebėjo, kad panašus citokinų gydymas negalėjo atkurti epitelio pažeidimo arba tiek daug uždegiminių citokinų gamybos šuolio, kaip pastebėta jų naujajame IBD gaubtinės žarnos organoidiniame modelyje.
Kadangi IBD klasifikuojamas į opinį kolitą (UC) ir Krono ligą (CD), tyrėjų grupė palygino į IBD panašių storosios žarnos organoidų ir gaubtinės žarnos audinių, surinktų iš aktyvių UC ir CD pacientų vietų, genų ekspresijos profilius, kad nustatytų, ar jų modelis imituoja UC ar CD sąlygos atidžiau.
Ši analizė atskleidė, kad modelis labiau primena UC biopsinius audinius. Taigi, sutelkdama dėmesį į šio modelio gebėjimą pavaizduoti UC patofiziologiją, tyrėjų komanda toliau išbandė dažniausiai naudojamo vaisto, skirto UC gydymui, tofacitinibo, poveikį IBD panašiems storosios žarnos organoidams.
Kaip ir tikėtasi, atlikdami įvairius eksperimentus, jie pastebėjo aiškų tofacitinibo terapinį poveikį, panaikinant audinių pažeidimus ir uždegiminių citokinų gamybą, parodydami galimybę naudoti šią modelio sistemą naujiems vaistams nuo UC įvertinti.
Iš viso Takayamos vadovaujama tyrimų grupė parodė kritinį stromos ląstelių ir kitų ląstelių tipų dalyvavimą replikuojant IBD patofiziologiją in vitro modelių sistemose. Jie tikisi, kad jų naujasis ir tikslesnis modelis leis identifikuoti naujus vaistus nuo IBD, kad milijonai žmonių, sergančių šia liga visame pasaulyje, vieną dieną galėtų mėgautis geresniu gyvenimu.