Nieswoiste zapalenia jelit (NZJ) od lat pozostają jednym z największych wyzwań współczesnej gastroenterologii i immunologii. Pomimo postępu terapeutycznego naukowcy nadal nie rozumieją w pełni mechanizmów prowadzących do przewlekłego stanu zapalnego, włóknienia oraz zwiększonego ryzyka raka jelita grubego u pacjentów z chorobą Leśniowskiego-Crohna i wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego. Przełomowe badanie opublikowane w „Nature Biomedical Engineering” pokazuje jednak, że nowoczesny model „jelita na chipie” może ujawnić biologiczne procesy dotąd trudne do uchwycenia w klasycznych badaniach laboratoryjnych. Naukowcy wykazali, że kluczową rolę w nasilaniu choroby odgrywają fibroblasty, mechaniczny ruch jelit oraz hormony związane z ciążą.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa model „jelita na chipie” opracowany do badania nieswoistych zapaleń jelit
- Dlaczego fibroblasty mogą aktywnie napędzać stan zapalny i ryzyko raka jelita grubego
- W jaki sposób ruch jelit i hormony ciążowe wpływają na ciężkość NZJ
- Dlaczego nowe chipy narządowe mogą zmienić przyszłość badań nad chorobami przewlekłymi i terapiami personalizowanymi
Nieswoiste zapalenia jelit nadal skrywają wiele tajemnic
Nieswoiste zapalenia jelit obejmujące chorobę Leśniowskiego-Crohna oraz wrzodziejące zapalenie jelita grubego należą do przewlekłych chorób immunologicznych o złożonym podłożu. Pomimo intensywnych badań naukowcy nadal nie są w stanie dokładnie wyjaśnić, dlaczego u części pacjentów dochodzi do:
- utrzymującego się stanu zapalnego,
- uszkodzenia bariery jelitowej,
- włóknienia tkanek,
- zwiększonego ryzyka rozwoju raka jelita grubego.
Jednym z głównych ograniczeń pozostawał dotychczas brak modeli badawczych wiernie odzwierciedlających biologiczne procesy zachodzące w ludzkim jelicie. Modele zwierzęce często nie odwzorowują ludzkich reakcji immunologicznych oraz zachowania komórek, co utrudnia analizę mechanizmów choroby i opracowywanie nowych terapii.
Naukowcy stworzyli „jelito na chipie”
Aby rozwiązać ten problem, badacze opracowali zaawansowany model „narządu na chipie” wykorzystujący komórki pobrane bezpośrednio od pacjentów z NZJ. Do stworzenia chipów wykorzystano:
- komórki nabłonka jelitowego,
- fibroblasty podścieliska,
- próbki pochodzące zarówno z obszarów objętych stanem zapalnym, jak i zdrowych fragmentów jelita tych samych pacjentów.
Całość umieszczono w mikroprzepływowym systemie naśladującym:
- przepływ krwi,
- ruch płynów jelitowych,
- rytmiczne rozciąganie przypominające perystaltykę.
Powstał w ten sposób żywy model ludzkiego jelita umożliwiający obserwację procesów zapalnych i przebudowy tkanek w czasie rzeczywistym.
Fibroblasty okazały się aktywnym napędem choroby
Jednym z najważniejszych odkryć badania była rola fibroblastów podścieliska jelitowego. Dotychczas komórki te postrzegano głównie jako element strukturalny odpowiedzialny za podtrzymywanie tkanek. Nowe wyniki sugerują jednak, że fibroblasty mogą aktywnie napędzać proces chorobowy. Badacze wykazali, że zdrowe komórki nabłonkowe wystawione na działanie fibroblastów pochodzących od pacjentów z NZJ zaczynały przejawiać cechy charakterystyczne dla choroby, w tym:
- rozpad bariery jelitowej,
- nasilony stan zapalny,
- zmiany przypominające przebudowę tkankową.
Nasze badanie po raz pierwszy wykazało, że chore fibroblasty wystarczają, aby zdrowe komórki nabłonkowe zaczęły przejawiać wiele cech charakterystycznych dla NZJ – stwierdzili naukowcy.
Ruch jelit może nasilać stan zapalny
Model wykazał również, że mechaniczne rozciąganie tkanki – przypominające naturalny ruch jelit podczas perystaltyki – może dodatkowo pogarszać stan zapalny oraz włóknienie. To istotne odkrycie, ponieważ sugeruje, że sama biomechanika jelit może wpływać na przebieg choroby.
Naukowcy zaobserwowali także bardziej agresywne przemieszczanie się komórek odpornościowych do tkanki nabłonkowej w „chorych” chipach w porównaniu ze zdrowymi modelami. Zdaniem badaczy bardzo przypomina to procesy obserwowane u pacjentów z aktywnym NZJ.
Hormony ciążowe mogą wpływać na przebieg NZJ
Kolejnym etapem badań była analiza wpływu hormonów związanych z ciążą. Po wprowadzeniu do systemu hormonów odpowiadających poziomom z pierwszego trymestru ciąży naukowcy zaobserwowali:
- wzrost stanu zapalnego,
- nasilenie włóknienia,
- pogorszenie parametrów w chipach NZJ.
Co istotne, podobnych zmian nie obserwowano w zdrowych modelach. Odkrycie może stanowić biologiczne wyjaśnienie, dlaczego część kobiet doświadcza nasilenia objawów nieswoistych zapaleń jelit w czasie ciąży.
Chip ujawnił mechanizmy zwiększające ryzyko raka
Badacze wykorzystali również model do analizy wczesnych etapów rozwoju nowotworu jelita grubego. Po ekspozycji na czynnik rakotwórczy chipy związane z NZJ wykazywały:
- wyższy poziom mutacji,
- większą liczbę zmian chromosomalnych,
- aktywację szlaków nowotworowych.
Wyniki sugerują, że przewlekły stan zapalny może aktywnie zwiększać podatność na rozwój raka poprzez konkretne zmiany biologiczne zachodzące w komórkach. Szczególnie istotna okazała się ponownie rola fibroblastów.
Chipy IBD wyściełane rekombinantami tkankowymi z ENU ponownie wykazały dominującą funkcję fibroblastów IBD, co potencjalnie indukowało ekspresję markera wczesnego stadium raka jelita grubego (CEACAM5) w zdrowych komórkach nabłonkowych wystawionych na działanie tego czynnika rakotwórczego – stwierdzili badacze.
Organ-on-chip może zmienić badania nad chorobami przewlekłymi
Eksperci podkreślają, że rozwój technologii „organ-on-chip” może znacząco zmienić sposób badania chorób przewlekłych oraz testowania nowych terapii. Modele tego typu pozwalają:
- analizować biologiczne procesy w warunkach zbliżonych do ludzkiego organizmu,
- ograniczać wykorzystanie modeli zwierzęcych,
- testować leczenie w sposób bardziej spersonalizowany,
- obserwować reakcje komórek w czasie rzeczywistym.
W przyszłości podobne platformy mogą być wykorzystywane do opracowywania terapii precyzyjnych dostosowanych do konkretnego pacjenta.
Główne wnioski
- Naukowcy stworzyli model ludzkiego jelita na chipie, który odtwarza kluczowe mechanizmy nieswoistych zapaleń jelit.
- Badanie wykazało, że fibroblasty aktywnie nasilają stan zapalny, uszkodzenie bariery jelitowej i ryzyko nowotworowe.
- Mechaniczne rozciąganie jelit oraz hormony ciążowe mogą pogarszać przebieg NZJ.
- Model ujawnił również biologiczne mechanizmy zwiększające ryzyko raka jelita grubego u pacjentów z przewlekłym stanem zapalnym.
Źródło:
- https://www.nature.com/articles/s41551-026-01686-8
