Istraživački tim predvođen mlađim vanrednim profesorom Kazuom Takaiamaom, sa Odeljenja za rast i diferencijaciju ćelija, nedavno je konstruisao novi model inflamatorne bolesti creva koristeći iPS ćelije koji omogućava preciznije modeliranje stanja za proučavanje mehanizama osnovne bolesti i identifikaciju novih terapija.
Skoro 5 miliona ljudi širom sveta je pogođeno inflamatornom bolešću creva (IBD), stanjem koje karakteriše hronična upala u crevima koja izaziva gastrointestinalne simptome, kao što su dijareja i bol u stomaku. Dok su neki lekovi dostupni za lečenje IBD-a, remisija bolesti ostaje suboptimalna jer ne leče osnovnu bolest.
Kritični faktor koji ometa identifikaciju novih lekova za lečenje i lečenje IBD je to što nam trenutno nedostaju tačni modeli bolesti koji mogu tačno da rekapituliraju stanja unutar pacijenata kada dožive IBD.
Da bi se uhvatio u koštac sa ovim problemom, tim koji je predvodio Takaiama pretpostavio je da bi mogli da stvore bolji model IBD-a konstruisanjem organoida debelog creva koji uključuju različite tipove ćelija koje sadrže creva, jer trenutni modeli obično koriste crevne ćelijske linije ili sadrže samo ćelije epitela debelog creva.
Koristeći moć iPS ćelija da se pretvore u skoro sve ćelije koje čine ljudsko telo, istraživači su indukovali iPS ćelije da se diferenciraju u epitelne i stromalne ćelije debelog creva kroz proces od pet koraka do organoida debelog creva. Rad je objavljen u časopisu iScience.
Ispitivanjem različitih markera specifičnih za tip ćelije i izvođenjem analize sekvencioniranja jednoćelijske RNK (scRNA-sek), u ovim organoidima su identifikovane i epitelne i stromalne ćelije debelog creva, pokazujući na taj način uspešan pokušaj tima da izgradi organoide koji se sastoje od različitih osnovnih tipova ćelija. creva za bolje modeliranje IBD.
Opremljen ovim naprednim organoidima, istraživački tim je zatim imao za cilj da identifikuje načine za ponovno stvaranje stanja bolesti IBD-a. Pošto nivoi različitih inflamatornih citokina rastu tokom početka i progresije IBD-a, istraživači su lečili organoide debelog creva različitim kombinacijama nekoliko citokina (TNF-α, IFN-γ i IL-1β) koji se mogu otkriti kod pacijenata sa IBD tokom bolesti.
Ovaj kombinovani tretman citokinom doveo je do oštećenja inflamatornog tkiva i povećanog nivoa IL-8, još jednog citokina za koji se zna da se povećava kod pacijenata sa IBD, što ukazuje istraživačima da su uspeli da oponašaju bolest.
Istraživački tim je zatim okarakterisao ovaj novokonstruisani IBD model zasnovan na organoidima debelog creva histološkom, imunofluorescencijom i analizama ekspresije gena, posmatrajući brojne morfološke i ćelijske promene koje su paralelno vršile biopsiju crevnih tkiva kod pacijenata sa IBD.
Dodatne analize su dalje pokazale poremećaje u funkcijama crevne barijere. Značajno je da je scRNA-sek identifikovao stromalne i endotelne ćelije da visoko eksprimiraju gene koji kodiraju inflamatorne citokine nakon kombinovanog tretmana TNF-α, IFN-γ i IL-1β, što sugeriše da su ove ćelije primarni izvor inflamatornih citokina i ilustruje važnost uključivanja takvih tipova ćelija kako bi se tačno prikazala IDB patofiziologija.
Koristeći tri citokina za pokretanje stanja sličnih IBD-u, istraživači su ispitali da li sličan tretman obično korišćene ćelijske linije koja se koristi za modeliranje IBD-a može da proizvede uporediv odgovor.
Dok je analiza ekspresije gena otkrila inicijaciju inflamatornog odgovora, primetili su da sličan tretman citokinom ne može da reprodukuje oštećenje epitela ili toliki skok u proizvodnji inflamatornih citokina uočen u njihovom novom IBD modelu organoida debelog creva.
Pošto je IBD klasifikovan u ulcerozni kolitis (UC) i Crohnovu bolest (CD), istraživački tim je uporedio profile ekspresije gena organoida debelog creva sličnih IBD i tkiva debelog creva prikupljenih sa aktivnih mesta pacijenata sa UC i CD da bi utvrdio da li njihov model simulira UC ili CD uslovi bliže.
Ova analiza je otkrila da model više podseća na UC biopsija tkiva. Stoga, fokusirajući se na sposobnost ovog modela da prikaže patofiziologiju UC, istraživački tim je zatim testirao efekte obično korišćenog leka za lečenje UC, tofacitiniba, u organoidima debelog creva sličnim IBD.
Kao što se očekivalo, kroz različite eksperimente, primetili su jasne terapeutske efekte tofacitiniba u preokretanju oštećenja tkiva i proizvodnje inflamatornih citokina, demonstrirajući potencijal korišćenja ovog modela sistema za procenu novih lekova protiv UC.
Sve u svemu, istraživački tim koji je predvodio Takaiama pokazao je kritično učešće stromalnih ćelija i drugih tipova ćelija u repliciranju patofiziologije IBD-a u sistemima in vitro modela. Nadaju se da će njihov novi i precizniji model omogućiti identifikaciju novih kandidata za lekove za IBD, tako da milioni pogođeni ovom bolešću širom sveta mogu jednog dana uživati u boljem životu.
