Кишечник сымитировали на чипе. Модель раскрыла три скрытых фактора, которые запускают воспаление и риск рака
NewsMakerМодель кишечника на чипе воспроизвела ранние этапы развития рака.
Ученые создали живую модель человеческого кишечника на чипе («орган-на-чипе») и показали, что воспаление при болезни Крона и язвенном колите может запускаться не только иммунной системой. В работе важную роль сыграли фибробласты, механическое растяжение ткани и гормоны беременности, которые заметно меняли поведение клеток в лабораторной модели.
Воспалительные заболевания кишечника годами остаются сложной задачей для врачей и исследователей. Болезнь Крона и язвенный колит вызывают хроническое воспаление, повреждение слизистой и рубцевание тканей, но обычные лабораторные модели плохо передают человеческую реакцию. Животные эксперименты часто не показывают, как именно ведут себя клетки кишечника пациента, поэтому многие механизмы болезни остаются неясными.
Исследователи создали персонализированные чипы толстой кишки из клеток пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника. Для работы брали клетки из воспаленных и здоровых участков одного и того же кишечника, а затем помещали кишечный эпителий и стромальные фибробласты в микрожидкостную систему. Чип имитировал кровоток, движение жидкости в кишечнике и ритмическое растяжение ткани, похожее на перистальтику.
Такая модель позволила наблюдать воспаление, повреждение защитного барьера и перестройку ткани в контролируемых условиях. Главный результат оказался неожиданным: стромальные фибробласты работали не как пассивный каркас, а как активные участники болезни. Когда в систему добавляли фибробласты из воспаленных участков, даже здоровые эпителиальные клетки начинали вести себя как клетки при воспалительном заболевании кишечника. Защитный барьер слабел, воспалительные сигналы усиливались.
Ученые также проверили, как на воспаленную ткань влияет движение кишечника. Для этого чип слегка растягивали и сжимали, имитируя перистальтику. В моделях с клетками пациентов такая механическая нагрузка усиливала воспаление и признаки фиброза, то есть рубцевания ткани. Иммунные клетки при этом активнее проникали в слой эпителия, как происходит в кишечнике людей с воспалительными заболеваниями.
Отдельно команда проверила влияние гормонов беременности. Исследователи добавили в чип гормоны в концентрациях, которые обычно наблюдаются в первом триместре беременности. В моделях с клетками пациентов воспаление и фиброз усилились, а здоровые чипы отреагировали намного слабее. Результат может объяснять, почему у части женщин симптомы воспалительных заболеваний кишечника ухудшаются во время беременности.
Чипы помогли смоделировать и ранние этапы развития рака. После воздействия канцерогена модели с клетками пациентов показали больше мутаций, хромосомных изменений и активности путей, связанных с опухолевым ростом. Фибробласты, связанные с воспалительным заболеванием кишечника, усиливали ранний раковый сигнал в эпителиальных клетках, включая активность маркера колоректального рака CEACAM5.
Авторы считают, что хроническое воспаление и фиброз не просто сопровождают болезнь, а могут напрямую повышать риск опухолевых изменений в кишечной ткани. Платформа на основе клеток пациентов дает исследователям способ изучать сложные болезни в системе, близкой к человеческому организму, и проверять будущие методы терапии без грубого упрощения живой ткани. Работа опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.
Ученые создали живую модель человеческого кишечника на чипе («орган-на-чипе») и показали, что воспаление при болезни Крона и язвенном колите может запускаться не только иммунной системой. В работе важную роль сыграли фибробласты, механическое растяжение ткани и гормоны беременности, которые заметно меняли поведение клеток в лабораторной модели.
Воспалительные заболевания кишечника годами остаются сложной задачей для врачей и исследователей. Болезнь Крона и язвенный колит вызывают хроническое воспаление, повреждение слизистой и рубцевание тканей, но обычные лабораторные модели плохо передают человеческую реакцию. Животные эксперименты часто не показывают, как именно ведут себя клетки кишечника пациента, поэтому многие механизмы болезни остаются неясными.
Исследователи создали персонализированные чипы толстой кишки из клеток пациентов с воспалительными заболеваниями кишечника. Для работы брали клетки из воспаленных и здоровых участков одного и того же кишечника, а затем помещали кишечный эпителий и стромальные фибробласты в микрожидкостную систему. Чип имитировал кровоток, движение жидкости в кишечнике и ритмическое растяжение ткани, похожее на перистальтику.
Такая модель позволила наблюдать воспаление, повреждение защитного барьера и перестройку ткани в контролируемых условиях. Главный результат оказался неожиданным: стромальные фибробласты работали не как пассивный каркас, а как активные участники болезни. Когда в систему добавляли фибробласты из воспаленных участков, даже здоровые эпителиальные клетки начинали вести себя как клетки при воспалительном заболевании кишечника. Защитный барьер слабел, воспалительные сигналы усиливались.
Ученые также проверили, как на воспаленную ткань влияет движение кишечника. Для этого чип слегка растягивали и сжимали, имитируя перистальтику. В моделях с клетками пациентов такая механическая нагрузка усиливала воспаление и признаки фиброза, то есть рубцевания ткани. Иммунные клетки при этом активнее проникали в слой эпителия, как происходит в кишечнике людей с воспалительными заболеваниями.
Отдельно команда проверила влияние гормонов беременности. Исследователи добавили в чип гормоны в концентрациях, которые обычно наблюдаются в первом триместре беременности. В моделях с клетками пациентов воспаление и фиброз усилились, а здоровые чипы отреагировали намного слабее. Результат может объяснять, почему у части женщин симптомы воспалительных заболеваний кишечника ухудшаются во время беременности.
Чипы помогли смоделировать и ранние этапы развития рака. После воздействия канцерогена модели с клетками пациентов показали больше мутаций, хромосомных изменений и активности путей, связанных с опухолевым ростом. Фибробласты, связанные с воспалительным заболеванием кишечника, усиливали ранний раковый сигнал в эпителиальных клетках, включая активность маркера колоректального рака CEACAM5.
Авторы считают, что хроническое воспаление и фиброз не просто сопровождают болезнь, а могут напрямую повышать риск опухолевых изменений в кишечной ткани. Платформа на основе клеток пациентов дает исследователям способ изучать сложные болезни в системе, близкой к человеческому организму, и проверять будущие методы терапии без грубого упрощения живой ткани. Работа опубликована в журнале Nature Biomedical Engineering.