Запальні захворювання кишечника (ЗЗК) вражають мільйони людей у всьому світі, але вчені досі не повністю розуміють, що викликає хронічне запалення, яке пошкоджує кишечник.

Хоча лікування може допомогти контролювати симптоми, точно як розвивається захворювання і чому воно прогресує по-різному у різних пацієнтів, залишається погано зрозумілим.

Однією з найбільших перешкод було відтворення захворювання в лабораторії. Звичайні клітинні культури захоплюють лише ізольовані частини ЗЗК, тоді як тваринні моделі часто не відображають те, що відбувається в людському кишечнику.

В результаті дослідники стикалися з труднощами у розумінні того, як різні типи клітин взаємодіють, щоб викликати запалення, пошкодження тканин і підвищений ризик колоректального раку.

Тепер дослідження, опубліковане в Nature Biomedical Engineering, може допомогти заповнити деякі з цих прогалин.

Дослідники створили, можливо, найповнішу людську модель ЗЗК на чіпі, використовуючи клітини, надані пацієнтами з хворобою Крона та виразковим колітом, двома основними типами ЗЗК.

"На мою думку, це перша модель, яка відтворила in vitro загострення захворювання, які вагітні жінки з ЗЗК часто можуть відчувати," - говорить перший автор Алікан Озкан, біоінженер Гарвардського університету.

"Можливо, ще важливіше, ми показали, що наша система дозволяє вивчати найраніші стадії формування раку в людських тканинах, що ростуть в органо-релевантному контексті in vitro."

На відміну від звичайних лабораторних моделей, мініатюрний пристрій під назвою 'Colon Chip' відтворює багато ключових особливостей захворювання одночасно, дозволяючи вченим вивчати взаємодії, які довгий час було важко спостерігати.

Серед найбільших сюрпризів були фібробласти – клітини сполучної тканини, які найкраще відомі своєю підтримкою структури органів і допомогою у відновленні пошкоджених тканин.

Замість того, щоб діяти як пасивні спостерігачі, ці клітини, здається, допомагають викликати запалення і послаблювати захисний бар'єр кишечника.

Щоб перевірити цю ідею, Озкан і колеги поєднали фібробласти з людей з ЗЗК з здоровими кишковими клітинами з тих же людей на одному чіпі.

Результати були вражаючими. Просто піддаючи здорові клітини впливу цих фібробластів, їх поведінка змінилася, як у хворих тканин, з більш проникаючим кишковим бар'єром і сильнішими запальними реакціями.

Ці знахідки свідчать про те, що фібробласти можуть відігравати набагато більшу роль у ЗЗК, ніж раніше вважалося.

"Поєднуючи відповідні епітеліальні клітини, стромальні фібробласти, циркулюючі імунні клітини та механічні сили, схожі на перистальтику, Colon Chip дозволяє дослідникам визначити внесок кожного компонента в захворювання," - сказав Озкан.

Чіп також дозволив дослідникам дослідити ще один фактор, який важко вивчати в лабораторії: постійне розтягування, викликане нормальними випорожненнями.

Відтворюючи ці м'які механічні сили, дослідники виявили, що запальні та фіброзні реакції стали ще сильнішими в чіпах, побудованих з тканини ЗЗК.

Дослідники також використовували чіп, щоб дослідити, як гормони, пов'язані з вагітністю, можуть впливати на захворювання.

Коли чіпи, побудовані з клітин, наданих жінками-пацієнтами, піддавалися впливу цих гормонів, вони спостерігали сильніші запальні реакції та збільшення відкладення колагену – зміни, пов'язані з рубцюванням тканин, відомим як фіброз.

Нове дослідження робить крок далі, показуючи, що фібробласти, взяті у пацієнтів з ЗЗК, самі по собі були достатніми, щоб викликати зміни, схожі на захворювання, в здоровій кишковій тканині, вирощеній на чіпі.

Цікавий факт

Запальні захворювання кишечника можуть призвести до серйозних ускладнень, таких як колоректальний рак, що робить дослідження в цій галузі надзвичайно важливими.