Муковисцидоз достоверно смоделирован на чипе дыхательных путей легкого человека

Унаследованное прогрессирующее заболевание кистозный фиброз (CF) вызывает серьезные повреждения легких и других тканей организма, поражая клетки, вырабатывающие слизь, пот и пищеварительные соки. У лиц, несущих мутации в гене регулятора трансмембранной проводимости муковисцидоза (CFTR), который кодирует ионный канал, контролирующий поток ионов и воды в клетки и из них, в дыхательных путях и других проходах, которые обычно тонкие и скользкие, становится липкий и густой – таким образом, вместо того, чтобы действовать как смазка, он становится конгестантным.

Достижения в области обследований пациентов и передовых методов лечения позволяют пациентам с МВ дожить до 30-40 лет, а иногда и дольше. Однако даже ~ 90% пациентов (в зависимости от континента) с наиболее распространенной мутацией CFTR, называемой? F508, которых можно лечить доступными лекарствами, по-прежнему страдают от бактерий, оседающих в их слизи, что вызывает воспаление в легких. Повторяющиеся приступы инфекции и воспаления, а также хроническое воспаление более низкой степени между инфекциями постепенно ослабляют и оставляют рубцы на дыхательных путях пациентов, что в конечном итоге приводит к отказу их дыхательной системы. Для оставшихся ~ 10% пациентов с различными другими мутациями CFTR целевого лечения еще даже не существует. Основным препятствием для разработки новых и срочно необходимых методов лечения является отсутствие человеческих in vitro модели, которые воспроизводят патологию CF болезни.


Теперь мультидисциплинарная исследовательская группа в Гарвардском институте биологической инженерии Wyss во главе с директором-основателем Wyss Дональдом Ингбером, доктором медицины, доктором философии. и при поддержке гранта Фонда кистозного фиброза разработали микрожидкостное устройство с чипом для органов размером с карту памяти USB, которое воспроизводит ключевые патологические признаки пациентов с МВ более точно, чем другие in vitro системы есть до сих пор. Модель воспроизводит CF-специфические изменения в нескольких признаках заболевания, в том числе в слизистом слое дыхательных путей, биении переносящих ресничек, рост патогенов, воспалительных молекул и рекрутирование лейкоцитов, обеспечивая комплексную доклиническую модель человека, в которой исследовать новые методы лечения МВ. Результаты опубликованы в Журнал муковисцидоза.

«Теперь, когда мы можем точно моделировать патологию МВ, включая микробиом и воспалительные реакции, в чипах дыхательных путей человека, у нас есть способ бороться с проблемами, которые важны для пациентов с МВ», – сказал Ингбер. “Объединенные возможности этого расширенного in vitro Модель может помочь ускорить поиск лекарств, которые могут ослабить преувеличенный иммунный ответ у пациентов, лечить их с помощью более индивидуализированных методов лечения и помочь решить проблемы, с которыми пациенты с CF сталкиваются каждый день, которые не могут быть решены существующими методами лечения ». Ингбер также является руководителем факультета Платформа для терапии и диагностики компании Wyss ‘Bioinspired, а также Джуда Фолкман Профессор сосудистой биологии в Гарвардской медицинской школе и Бостонской детской больнице, а также профессором биоинженерии Гарвардской школы инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона.

Чтобы смоделировать и сравнить микроструктуру и функцию васкуляризованных дыхательных путей при МВ, авторы вырастили клетки дыхательных путей легких, полученные от пациентов с МВ или здоровых людей, в одном из двух параллельных полых каналов микрофлюидного устройства под воздухом, повторяя среду, транспортирующую воздух в легких. Во втором канале, который отделен от первого пористой мембраной, они воссоздали кровеносный сосуд человека из микрососудистых клеток легкого человека, который был перфузирован кровезаменительной средой.

«Эта первая микрофизиологическая модель дыхательных путей при МВ очень точно имитирует то, что мы знаем о дыхательных путях у пациентов с МВ. Сохраняя типичный состав всех соответствующих типов клеток, он развил более толстый слой слизи, а его ресничные клетки демонстрируют более высокую плотность ресничек, которые бьются с большой скоростью. более высокая частота по сравнению с чипами дыхательных путей, созданными из клеток дыхательных путей здоровых людей », – сказал соавтор и бывший научный сотрудник команды Ингбера Ратнакар Потла, MBBS, доктор философии. «Важно отметить, что эти патологические изменения сопровождались усиленной воспалительной реакцией в смоделированном эпителии бронхов при МВ, которая очень похожа на наблюдаемую у пациентов с МВ». Потла сейчас работает старшим научным сотрудником комплекса in vitroсистемы в Genentech-Roche.

После культивирования чипов дыхательных путей в течение двух недель исследователи измерили уровни про- и противовоспалительных факторов, выходящих из сосудистого канала чипа дыхательных путей, которые, как известно, участвуют в воспалительной реакции в легких пациентов с МВ. Среди других изменений, уровень провоспалительного цитокина IL-8 был увеличен в чипах CF по сравнению с таковыми в контрольных чипах для дыхательных путей. Интересно, что IL-8 известен своей способностью привлекать белые кровяные тельца, известные как нейтрофилы, которые также вызывают воспаление в легких пациентов с МВ.

Когда исследователи затем фактически пропустили нейтрофилы человека через сосудистый канал микросхем CF Airway Chips, они заметили, что большее количество иммунных клеток спонтанно прилипало к поверхности сосудистых клеток, протискивалось через слой сосудистых клеток и пористую мембрану и накапливалось в них. слой эпителиальных клеток дыхательных путей в воздушном канале – повторение процесса, известного как «трансмиграция».

Но ткань дыхательных путей, имитирующая CF, не только стимулировала рекрутирование иммунных клеток, но также поддерживала рост бактерий, Синегнойная палочка, который присутствует в микробиоме нормального легкого, но может бесконтрольно расти и вызывать легочные инфекции у пациентов с CF. Через 24 часа после того, как они представили флуоресцентно меченную версию P. aeruginosa в канал дыхательных путей из чипов, созданных из клеток бронхиального эпителия пациентов с МВ, команда обнаружила более высокое количество патогена в слизи, специфичной для муковисцидоза, чем в слизи здоровых чипов для дыхательных путей. Как следствие, уровни провоспалительных цитокинов были дополнительно увеличены, таким образом воспроизводя цикл инфекция-воспаление, наблюдаемый у пациентов с МВ.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments