اختلال ارثی پیشرونده فیبروز کیستیک (CF) با تأثیر بر سلول‌هایی که مخاط و عرق گوارشی تولید می‌کنند، به ریه‌ها و سایر بافت‌های بدن آسیب می‌زند. در افراد دارای جهش در ژن تنظیم کننده هدایت غشایی گذرنده فیبروز کیستیک (CFTR) که یک کانال یونی را کد می کند که جریان یون‌ها و آب را به داخل و خارج سلول‌ها کنترل می‌کند، مخاط موجود در راه‌های هوایی و سایر مجاری که معمولاً نازک و لغزنده است، چسبناک و غلیظ – بنابراین به جای اینکه به عنوان روان کننده عمل کند، تبدیل به یک احتقان می شود.
پیشرفت‌ها در غربالگری بیماران و درمان‌های جدید به بیماران CF اجازه می‌دهد تا اواسط یا اواخر دهه ۳۰ یا ۴۰ و یا حتی بیشتر زندگی خود را ادامه دهند. با این حال، حدود ۹۰٪ از بیماران (وابسته به قاره) با شایع ترین جهش CFTR، به نام ΔF508، که می توانند با داروهای موجود درمان شوند، هنوز در معرض باکتری‌های مستقر در مخاط خود هستند که باعث التهاب ریه ها می‌شود. عفونت و التهاب مکرر، و همچنین التهاب مزمن ضعیف عفونت‌ها، به تدریج مسیرهای هوایی بیماران را ضعیف و زخمی می کند که در نهایت باعث از کار افتادن سیستم تنفسی آنها می شود. حدود ۱۰٪ باقیمانده از بیماران مبتلا به جهش های مختلف CFTR، هنوز هیچ درمان هدفمندی ندارد. یک مانع بزرگ در مسیرتوسعه درمان‌های جدید، عدم وجود مدل‌های آزمایشگاهی انسانی است که آسیب‌شناسی بیماری CF را خلاصه می‌کند.
در حال حاضر، یک تیم تحقیقاتی ، یک دستگاه تراشه اندام میکروسیال به اندازه یک حافظه USB ساخته اند که علائم اصلی پاتولوژیک بیماران CF را با دقت بیشتری نسبت به سایر سیستم های آزمایشگاهی تا کنون نشان می‌دهد.این مدل تغییرات خاص CF را در علائم مختلف بیماری، از جمله در لایه مخاطی راه هوایی، رشد پاتوژن، مولکول‌های التهابی، و جذب سلول‌های سفید خون، تکرار می‌کند و یک مدل انسانی بالینی جامع برای بررسی درمان های جدید CF ایجاد می‌کند. این یافته ها در مجله سیستیک فیبروزیس منتشر شده است.
اینگبر گفت: اکنون که می‌توانیم آسیب‌شناسی CF، از جمله میکروبیوم و پاسخ‌های التهابی را در تراشه‌های راه هوایی انسان مدل‌سازی کنیم، راهی برای بررسی چالش‌هایی داریم که برای بیماران CF مهم هستند. این مدل پیشرفته آزمایشگاهی می‌تواند به بررسی داروهایی که ممکن است پاسخ ایمنی شدید در بیماران را تضعیف کند و همچنین درمان آنها با درمان‌های شخصی‌شده‌تر کمک می‌کند. برای مدل‌سازی و مقایسه ریزساختار و عملکرد راه‌های هوایی CF عروقی، نویسندگان سلول‌های راه هوایی ریه را که از بیماران CF انسانی یا افراد سالم به دست آمده بودند، در یکی از دو کانال توخالی موازی یک دستگاه میکروسیال در زیر هوا رشد دادند و محیط انتقال هوای ریه را ایجاد کردند. در کانال دوم، که توسط یک غشای متخلخل از کانال اول جدا شده است، یک رگ خونی انسان را از سلول‌های میکروواسکولار ریه انسان که با یک محیط جایگزین خون پرفیوژن شده بود، بازسازی کردند.
پس از کشت تراشه های راه هوایی به مدت دو هفته، محققان سطوح فاکتورهای پیش و ضدالتهابی را که از کانال عروقی تراشه هوایی خارج می‌شوند و در پاسخ التهابی در ریه های بیماران CF نقش دارند، اندازه گیری کردند. سطح سیتوکین پیش التهابی IL-8 در تراشه های CF در مقایسه با تراشه‌های راه هوایی کنترل افزایش داشت. جالب اینجاست که IL-8 به دلیل توانایی خود در جذب نوعی ازگلبول‌های سفید به نام نوتروفیل‌ها که باعث التهاب در ریه‌های بیماران CF نیز می‌شود، شناخته شده است.
بافت راه هوایی تقلید کننده CF نه تنها جذب سلول های ایمنی را تحریک می کند، بلکه از رشد باکتری سودوموناس آئروژینوزا نیز پشتیبانی می کند که در میکروبیوم ریه طبیعی وجود دارد اما می تواند خارج از کنترل رشد کند و باعث عفونت ریه در بیماران CF انسان شود. بیست و چهار ساعت پس از اینکه آنها یک نسخه نشاندار شده با فلورسنت از P. aeruginosa را در کانال راه هوایی تراشه های ایجاد شده با سلول های اپیتلیال برونش از بیماران CF معرفی کردند، این تیم تعداد بیشتری از پاتوژن را در مخاط اختصاصی CF نسبت به مخاط در تراشه های راه هوایی سالم شناسایی کردند. در نتیجه، سطح سیتوکین های پیش التهابی بیشتر افزایش یافت، بنابراین چرخه عفونت-التهاب مشاهده شده در بیماران CF مشاهده شد.
لینک منبع خبر:
https://medicalxpress.com/news/2021-11-cystic-fibrosis-faithfully-human-lung.html
اطلاعات بیشتر:
More information: Roberto Plebani et al, Modeling pulmonary cystic fibrosis in a human lung airway-on-a-chip, Journal of Cystic Fibrosis (۲۰۲۱). DOI: 10.1016/j.jcf.2021.10.004
Provided by Harvard University
