„Awatary” ludzkiego jelita rzucają światło na pewną zaniedbaną chorobę pasożytniczą
Choroba Chagasa, wywoływana przez pasożyta Trypanosoma cruzi (T. cruzi), dotyka miliony ludzi, głównie w Ameryce Południowej, a w wyniku migracji rozprzestrzenia się także w Europie. Zaklasyfikowana przez Światową Organizację Zdrowia jako choroba zaniedbana(odnośnik otworzy się w nowym oknie), jest to infekcja trwająca przez całe życie, która może uszkadzać serce i jelita. Znaczenie projektu GUT INSTINCT związane jest z tym, że obecnie leczeni są wyłącznie pacjenci z chorobą Chagasa wykazujący objawy sercowe. Osoby z objawami wyłącznie jelitowymi nie są w ogóle leczone, mimo że jelita są znanym rezerwuarem tego pasożyta. Neurobiolog i parazytolog Archie Khan prowadziła badania nad przewodową postacią choroby Chagasa w Zjednoczonym Królestwie. Następnie, dzięki dwuletniemu grantowi w ramach programu działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) przyznanemu na realizację projektu GUT INSTINCT, dołączyła do laboratorium Maxime’a Mahé w Narodowym Instytucie Zdrowia i Badań Medycznych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Inserm) przy Uniwersytecie w Nantes we Francji. Mahé jako pierwsza zajęła się tworzeniem ludzkich organoidów jelitowych – trójwymiarowych skupisk komórek, które naśladują strukturę i funkcje jelit.
Organoidy naśladujące ludzkie jelito
Organoidy hoduje się z ludzkich komórek macierzystych, które przy pomocy środków chemicznych przekształca się w tkankę jelitową. „Instruujemy komórki, czym mają się stać. Proces ten wydaje się nieomal magiczny – komórki w pewnym momencie wiedzą, co mają robić, i same organizują się w tę strukturę”, wyjaśnia Mahé. Mahé określa te struktury mianem „awatarów”. „Jest to jedynie model. Nie próbujemy zrekonstruować narządu”, mówi. „W szalce Petriego wygląda on jak mała kropelka komórek o średnicy około milimetra”. Do organoidu można dodać dodatkowe elementy, takie jak nerwy jelitowe – nerwy osadzone w ścianie jelita. Podobieństwo do prawdziwej tkanki ludzkiej weryfikuje się za pomocą baz danych, takich jak Human Cell Atlas(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Wykorzystanie organoidów w badaniu chorób zakaźnych
Khan udało się zintegrować komórki odpornościowe – a konkretnie makrofagi, stanowiące pierwszą linię obrony organizmu – z istniejącą platformą organoidów Mahé. „Skupiłam się na naśladowaniu układu nerwowego i komórek odpornościowych w jelitach, aby spróbować zrozumieć, w jaki sposób komunikują się one ze sobą w celu zwalczania infekcji”, mówi Khan. Zauważa też: „To pierwsze tego rodzaju dokonanie w tej dziedzinie”. Chociaż wcześniej zaobserwowano pewne interakcje jelitowe, na przykład w ramach finansowanego przez UE projektu Organoid, nikt wcześniej nie zdołał połączyć wszystkich trzech elementów: tkanki jelitowej, nerwów i komórek odpornościowych w jednym modelu ludzkim nadającym się do badań nad infekcjami. Następnie Khan wprowadziła pasożyty T. cruzi do laboratoryjnego substytutu. Przez mikroskop obserwowała, jak pasożyty te atakują komórki, namnażają się i rozprzestrzeniają na sąsiednie komórki. „To było niesamowite doświadczenie obserwować, jak te pasożyty atakują model organoidu jelitowego tak samo, jak zrobiłyby to w prawdziwym jelicie”, dodaje.
Możliwe kanały komunikacji
Największym zaskoczeniem było odkrycie, że makrofagi wykazują ekspresję receptorów komórek nerwowych, które normalnie występują na neuronach – komórkach nerwowych komunikujących się za pomocą sygnałów chemicznych lub elektrycznych. Sugeruje to istnienie kanału komunikacji między układem odpornościowym a nerwowym jelita, który pasożyt może wykorzystać jako bramę do zakażenia. „To było absolutnie zaskakujące”, zauważa Khan. „Wcześniej te receptory neuronowe na makrofagach obserwowano jedynie w modelach mysich. Nie spodziewaliśmy się, że uda nam się je zaobserwować w modelu in vitro”. Mahé tłumaczy: „To ogromny krok naprzód”, dodaje, zaznaczając, że system ten można by dostosować do badań nad innymi chorobami pasożytniczymi i zakaźnymi. Jednocześnie przyznaje, że nie może on całkowicie zastąpić modeli zwierzęcych. Dzięki swoim przełomowym badaniom nad tym, co nazywa „zaniedbanym aspektem zaniedbanej choroby”, Khan zdobyła stałą posadę w Inserm – co jest rzadkim osiągnięciem po ukończeniu stażu podoktoranckiego. Teraz planuje zbadać, w jaki sposób nerwy jelitowe i komórki odpornościowe komunikują się ze sobą, aby kontrolować przebieg infekcji.
