По данным исследования, проведенного учеными из Стэнфордского медицинского университета, небольшие выращенные в лабораторных условиях шарики клеток, полученные из кишечной ткани людей с целиакией, выявили ранее неизвестную молекулярную связь между воздействием глютена и повреждением кишечника.

Молекула, называемая ИЛ-7, участвует в развитии других аутоиммунных заболеваний, включая ревматоидный артрит и рассеянный склероз, но ее никогда не связывали с целиакией.

Исследование является первым, описывающим использование скоплений клеток, поддерживаемых в лабораторной чашке, называемых органоидами, для изучения аутоиммунных заболеваний. В отличие от предыдущих попыток смоделировать целиакию в лабораторных условиях, кишечные органоиды , выращенные исследователями, включают несколько типов клеток, включая иммунные клетки и клетки, составляющие слизистую оболочку кишечника.

Органоиды открывают дверь к пониманию того, как различные типы клеток взаимодействуют у людей с расстройством, характеризующимся острой чувствительностью к глютену , способами, которые ранее были невозможны. Например, исследователи обнаружили, что уровни IL-7 были повышены в тканях людей с активной целиакией и что блокирование его активности устраняло иммунную реакцию на глютен, которая повреждает слизистую оболочку кишечника.

«Эти органоиды обеспечивают точное воспроизведение того, что происходит у людей с целиакией», — сказал Кэлвин Куо, доктор медицины, доктор философии, профессор медицины и обладатель профессорской звания Морин Лайлс Д\’Амброджио. «Если мы добавим глютен к органоидам, полученным из биопсий кишечника людей с целиакией, мы увидим активацию иммунной системы и уничтожение эпителиальной ткани, как это происходит у пациентов.

«Но теперь мы можем исследовать, что происходит в чашке Петри, — узнавать о болезни, разрабатывать новые лекарства и, возможно, даже предсказывать, какие лекарства будут лучше всего работать для отдельных людей. Раньше это было невозможно».

Куо является старшим автором исследования , опубликованного 24 июля в журнале Nature . Постдокторант Антониу Сантос, доктор философии, является ведущим автором работы.

До этого исследования существовало несколько способов непосредственного изучения целиакии: один из них заключался в использовании неповрежденной кишечной ткани, которая погибала в течение дня или двух после биопсии, или в изучении плотов кишечных эпителиальных клеток пациентов, которые не содержали многих других типов клеток, включая иммунные клетки, которые опосредуют заболевание. Модели целиакии на лабораторных животных, таких как мыши, не полностью отражают аспекты заболевания у людей.

После многих лет испытаний Сантос нашел способ сохранить биопсию кишечной ткани в лабораторных условиях, подвешивая ее между поверхностью воздуха и жидкости. Осторожное покачивание на поверхности позволило многим типам клеток, включая эпителиальные клетки, иммунные клетки и другие, слипнуться в шарики диаметром около четверти дюйма и расти в лабораторных условиях в течение недель или месяцев.

«Это действительно меняет правила игры в изучении целиакии», — сказал Сантос. «Это человеческий органоид, который содержит все клетки тонкого кишечника и процветает в лабораторной чашке. Единственное, что может быть близко к этому, — это эксперименты непосредственно на людях».

Около 1% людей во всем мире страдают целиакией — аутоиммунным заболеванием, при котором воздействие глютена (белка, содержащегося в пшенице, ячмене и ржи) заставляет иммунную систему атаковать и разрушать слизистую оболочку тонкого кишечника.

Обычные симптомы включают вздутие живота, хроническую диарею, запор, тошноту и газы, но болезнь может протекать и без кишечных симптомов, что может усложнить диагностику и мониторинг. Единственное эффективное лечение на сегодняшний день — строгое соблюдение безглютеновой диеты на всю жизнь.

«Целиакия — это своего рода хамелеон», — сказал профессор медицины Нильсен Фернандес-Беккер, доктор медицины, доктор философии. Фернандес-Беккер руководит Программой по целиакии в Стэнфордском медицинском центре. «Есть много вещей, которых мы не знаем. В частности, хотя мы довольно хорошо диагностируем это заболевание, у нас нет хорошего способа наблюдения за людьми.

«Биопсия инвазивна и не всегда полезна. И часто люди приходят к нам, уже соблюдая безглютеновую диету, что затрудняет диагностику и может означать, что нам придется просить их есть глютен, чтобы выяснить, действительно ли у них целиакия».

Получив информированное согласие, Фернандес-Беккер собрал и поделился биопсиями кишечной ткани у 81 человека с целиакией и у 54 человек без целиакии. Из 81 человека с целиакией 59 активно испытывали симптомы, а остальные 22 успешно достигли ремиссии после соблюдения безглютеновой диеты.

Затем Сантос подверг органоиды, изготовленные из биопсийной ткани, воздействию компонента глютена, который, как известно, вызывает расстройство. Органоиды, изготовленные из кишечной ткани людей с целиакией, отреагировали резко.

Эпителиальные клетки, из которых состоит слизистая оболочка кишечника, увеличили выработку молекулы ИЛ-15, связанной с этим расстройством, число иммунных клеток, называемых Т-клетками CD4, которые специфически распознают глютен, начало увеличиваться, а другие иммунные клетки, называемые В-клетками, начали вырабатывать антитела к белку, называемому трансглутаминазой 2-го типа, или TG2.

TG2 обычно не вызывает иммунный ответ, и наличие этих аутоантител является ключевым признаком целиакии, часто используемым для диагностики этого расстройства. Наконец, иммунные клетки, называемые Т-клетками CD8, начали атаковать и убивать эпителиальные клетки — вероятно, по приказу их аналогов CD4.

«Органоиды людей с целиакией явно реагировали способами, которых не было у органоидов здоровых людей», — сказал Сантос. «Мы смогли увидеть многие из ключевых особенностей заболевания: от гибели эпителиальных клеток до активации иммунной системы и истощения других клеток, из которых состоят ворсинки или выпячивания слизистой оболочки кишечника».

Предыдущие исследования целиакии выявили две сигнальные молекулы, называемые цитокинами. Молекулы — IL-2 и IL-15 — опосредуют сигналы, которые Т-клетки CD4 (иммунные клетки, распознающие глютен) и CD8 (иммунные клетки, убивающие другие клетки) используют для связи друг с другом. Но блокирование активности IL-2 или IL-15 не остановило вызванное глютеном повреждение кишечника в клинических испытаниях, хотя попытки продолжаются.

Вместо этого Куо и Сантос рассмотрели другого представителя того же семейства цитокинов — IL-7. Они обнаружили, что блокирование активности IL-7 в органоидах целиакии также остановило разрушение эпителиальных клеток в ответ на глютен. Наоборот, добавление IL-7 сильно индуцировало гибель эпителиальных клеток в органоидах пациентов с целиакией даже при отсутствии глютена, тогда как органоиды здоровых контрольных групп не были затронуты.

Наконец, исследователи показали, что экспрессия ИЛ-7 не только увеличивалась при добавлении глютена к органоидам целиакии, но и что уровни ИЛ-7 были повышены в биопсиях людей с активной целиакией, но не у тех, чье заболевание находилось в стадии ремиссии благодаря безглютеновой диете.

«Эти результаты показывают, что IL-7 является ранее нераспознанным модулятором целиакии», — сказал Куо. «Хотя необходимо провести больше исследований, мы считаем, что органоиды точно отражают то, что происходит у людей с целиакией , и что могут быть терапевтические возможности для блокирования активности IL-7».

«Ничего из этого не было бы сделано без пациентов, которые согласились предоставить образцы биопсии, и они сделали это бескорыстно, зная, что им это, скорее всего, не принесет никакой пользы», — сказал Фернандес-Беккер. «Мы им невероятно благодарны».

«Мы работаем над органоидами уже почти два десятилетия», — сказал Куо. «Мы использовали их для моделирования рака и инфекционных заболеваний. Теперь у нас есть сложные системы с иммунными клетками, и мы считаем, что это исследование — лишь вершина айсберга использования органоидов для изучения многих аутоиммунных заболеваний».