Tuberkuloza je mučila čovečanstvo hiljadama godina, a uprkos medicinskim napretcima koji mogu pomoći u prevenciji i lečenju, ova drevna bakterijska bolest i dalje godišnje odnosi više ljudskih života nego bilo koji drugi infektivni patogen. Oko četvrtine naše vrste je zaraženo bakterijama tuberkuloze, a iako samo mali deo tih ljudi oboli, to i dalje iznosi više od 10 miliona novih slučajeva i više od 1 milion smrti godišnje širom sveta.
Simptomi tuberkuloze se polako razvijaju, često traje mesecima pre nego što se pojave. Da bi saznali više o ovom kašnjenju, autori su se fokusirali na sitne vazdušne kesice u plućima, alveole, koje su ključne u sukobima između imunoloških ćelija i bakterija.
„Vazdušne kesice u plućima su kritična prva barijera protiv infekcija kod ljudi, ali smo ih tradicionalno proučavali kod životinja poput miševa,“ kaže koautor Maks Gutijerrez, koji vodi laboratoriju za interakcije domaćin-patogen u Institutu Francisa Krika. „Ove studije su fundamentalne za naše razumevanje, ali životinje i ljudi imaju razlike u sastavu imunoloških ćelija i napredovanju bolesti, što je izazvalo interesovanje za alternativne tehnologije,“ dodaje Gutijerrez.
Tehnologija „organ-na-čipu“ omogućava naučnicima da simuliraju puni ljudski organ unutar mikrofluidnog ćelijskog kulture, nudeći alternativu životinjskim modelima. Neki sistemi „pluća-na-čipu“ već postoje, ali su ograničenja tih modela inspirisala Gutijerreza i njegove kolege da pokušaju drugačiji pristup.
„Do sada su uređaji pluća-na-čipu pravili od mešavine ćelija dobijenih od pacijenata i komercijalno dostupnih ćelija,“ objašnjava Gutijerrez. „To znači da ne mogu potpuno rekreirati funkciju pluća ili napredovanje bolesti kod pojedinca, jer su svake vrste ćelija genetski različite.“
Istraživači su umesto toga razvili novi uređaj pluća-na-čipu za svoju studiju, koristeći samo genetski identične ćelije dobijene iz jedne ljudske matične ćelije. „Koristili smo ljudske indukovane pluripotentne matične ćelije, koje mogu praktično postati svaka ćelija u telu, da bismo proizveli tip I i II alveolarne epitelne ćelije,“ kaže prvi autor Jakson Luk, postdoktorski istraživač u Gutijerrezovoj laboratoriji.
Ovo je pružilo nov pogled na ‘crnu kutiju’ perioda tuberkuloze, ili vreme između inicijalne infekcije i pojave simptoma. „Želeli smo da tražimo obeležja bolesti koja su zabeležena kod pacijenata iz klinike i životinjskih studija,“ dodaje Luk.
Kada su istraživači dodali imunološke ćelije nazvane makrofagi na čip pre nego što su uveli tuberkulozu, ubrzo su primetili klastere makrofaga sa „nekrotičnim jezgrima“ – centralnom grupom mrtvih makrofaga smeštenih u većoj grupi živih. „Na kraju, pet dana nakon infekcije, endotelne i epitelne ćelijske barijere su se srušile, pokazujući da je funkcija vazdušne kesice prestala,“ kaže Luk.
Međutim, pluća ne reaguju na tuberkulozu na isti način kod svih, pa su istraživači takođe želeli da saznaju kako genetske razlike mogu dovesti do različitih odgovora. „Uklonili smo ATG14 gen, koji je uključen u prirodni proces razgradnje oštećenih ćelija i stranih materija,“
