Кембриджские ученые вырастили «мини-кишки» в лаборатории, чтобы помочь понять болезнь Крона, показывая, что «переключатели», которые модифицируют ДНК в клетках кишечника, играют важную роль в заболевании и в том, как оно проявляется у пациентов.

Исследователи говорят, что эти мини-кишки в будущем могут быть использованы для определения наилучшего лечения для конкретного пациента, что позволит проводить более точные и персонализированные методы лечения.

Болезнь Крона — это форма воспалительного заболевания кишечника (ВЗК). Это пожизненное заболевание, характеризующееся воспалением пищеварительного тракта, которым страдает примерно каждый 350 человек в Великобритании, причем каждый четвертый заболевает в возрасте до 18 лет. Даже в самой легкой форме она может вызывать симптомы, которые оказывают серьезное влияние на качество жизни, включая боль в животе, диарею, потерю веса и усталость, но она также может привести к обширному хирургическому вмешательству, госпитализации в стационар, воздействию токсичных лекарств и оказать серьезное воздействие на пациента и его семьи.

Хотя есть некоторые свидетельства того, что человек подвергается большему риску развития заболевания, если у родственника первой степени есть болезнь Крона, успех в выявлении генетических факторов риска был лишь ограниченным. В результате, по оценкам, только 10% случаев наследования обусловлено вариациями в нашей ДНК.

Маттиас Зильбауэр, профессор детской гастроэнтерологии Кембриджского университета и клиник Кембриджского университета NHS Foundation Trust (CUH), сказал: «Число случаев болезни Крона и ВЗК резко растет во всем мире, особенно среди детей младшего возраста, но, несмотря на десятилетия исследований, никто не знает, что их вызывает. Частично проблема заключается в том, что смоделировать заболевание было сложно. Нам приходилось полагаться в основном на исследования на мышах, но они ограничены в том, что они могут рассказать нам о заболевании у людей «.

В исследовании, опубликованном сегодня в Gut, профессор Зильбауэр и его коллеги использовали клетки воспаленных кишок, пожертвованные 160 пациентами, в основном пациентами и подростками, в CUH, чтобы вырастить более 300 мини-кишок, известных как органоиды, в лаборатории, чтобы помочь им лучше понять заболевание. Образцы были пожертвованы пациентами с болезнью Крона и язвенным колитом, а также пациентами, не затронутыми ВЗК.

Органоиды, которые мы создали, в основном получены от детей и подростков. По сути, они предоставили нам кусочки своего кишечника, чтобы помочь в наших исследованиях. Болезнь Крона может быть серьезным заболеванием, с которым приходится иметь дело в любом возрасте, но без храбрости и поддержки наших добровольцев мы не смогли бы сделать таких открытий, как это «.

Маттиас Зильбауэр, профессор детской гастроэнтерологии, Кембриджский университет

Органоиды — это трехмерные культуры клеток, которые имитируют ключевые функции определенного органа, в данном случае эпителия – слизистой оболочки кишечника. Исследователи вырастили их из специфических клеток, известных как стволовые клетки, взятых из кишечника. Стволовые клетки вечно живут в кишечнике, постоянно делясь, позволяя эпителию кишечника регенерироваться.

Используя эти органоиды, они показали, что эпителий кишечника пациентов с болезнью Крона имеет другие «эпигенетические» паттерны ДНК по сравнению с таковыми у здоровых людей контрольной группы. Эпигенетика — это то, где наша ДНК модифицируется «переключателями», прикрепленными к нашей ДНК, которые включают и выключают гены — или повышают или понижают их активность, – оставляя саму ДНК неповрежденной, но изменяя способ функционирования клетки.

Профессор Зильбауэр, исследователь Института стволовых клеток Кембриджского университета, сказал: «Мы увидели, что при болезни Крона различаются не только эпигенетические изменения, но и существует корреляция между этими изменениями и тяжестью заболевания. Течение болезни у каждого пациента разное, и эти изменения помогают объяснить, почему – не у каждого органоида были одинаковые эпигенетические изменения. »

Исследователи говорят, что органоиды могут быть использованы для разработки и тестирования новых методов лечения, чтобы увидеть, насколько они эффективны для слизистой оболочки кишечника при болезни Крона. Это также открывает возможность подбора методов лечения для индивидуальных пациентов.

Соавтор доктор Роберт Хойшкель, детский гастроэнтеролог-консультант CUH и руководитель педиатрической службы IBD, сказал: «На данный момент у нас нет способа узнать, какое лечение будет наилучшим для пациента. Даже те методы лечения, которые у нас есть в настоящее время, работают примерно у половины наших пациентов и со временем становятся менее эффективными. Это огромная проблема.

«В будущем вы могли бы представить, что берете клетки у конкретного пациента, выращиваете их органоид, тестируете различные лекарства на органоиде и говорите: «Хорошо, это лекарство, которое работает для этого человека «.

Исследование выявило специфический путь, вовлеченный в болезнь Крона, известный как главный комплекс гистосовместимости (MHC)-I. Этот путь позволяет иммунным клеткам распознавать антигены, то есть токсины или другие чужеродные вещества, которые вызывают иммунный ответ в организме и которые могут включать молекулы из нашей пищи или нашей кишечной микробиоты. Команда показала, что клетки, образующие внутреннюю оболочку кишечника у пациентов с болезнью Крона, обладают повышенной активностью MHC-I, что может привести к воспалению в определенных частях кишечника.

«Впервые кто-либо смог показать, что стабильные эпигенетические изменения могут объяснить, что не так с эпителием кишечника у пациентов с болезнью Крона», — сказал профессор Зильбауэр.

Было обнаружено, что эпигенетические модификации очень стабильны, что может объяснить, почему даже после лечения, когда пациент, кажется, выздоровел, его воспаление может вернуться через несколько месяцев – лекарства лечат симптомы, а не основную причину.

Эпигенетические изменения программируются в наших клетках на очень ранних этапах развития ребенка в утробе матери. На них влияют факторы окружающей среды, которые могут включать воздействие инфекций или антибиотиков — или даже отсутствие контакта с инфекцией, так называемая «гигиеническая гипотеза», согласно которой мы не подвергаемся воздействию достаточного количества микробов для надлежащего развития нашей иммунной системы. Исследователи говорят, что это может предложить одно из возможных объяснений того, как в первую очередь происходят эпигенетические изменения, которые приводят к болезни Крона.

Исследование было в значительной степени поддержано Советом медицинских исследований. Оно также было поддержано в сотрудничестве с Институтом терапии Милнера Кембриджского университета.

Компания Cambridge Enterprise работает с профессором Зильбауэром и его командой и недавно подала заявку на патент на эту технологию. Они ищут коммерческих партнеров, которые помогут в разработке этой возможности.

История Артура: «Очень здорово участвовать в исследовании»

Артур Хэтт только что вернулся из школы. Сегодня был особенно веселый день, поскольку идут репетиции его школьного спектакля «Аладдин», в котором он играет одну из самых важных ролей – Джинна.

Хотя Артур вернулся в школу на полный рабочий день, бывали длительные периоды, когда он мог обходиться только половиной дня. «Я ложился утром, а потом возвращался домой и просто ложился спать или читал в постели», — говорит он.

Причина в том, что у Артура болезнь Крона, разновидность воспалительного заболевания кишечника (ВЗК). Сейчас ему 11 лет, диагноз был поставлен в девять, но его мать Сиан говорит, что, оглядываясь назад, у него проявлялись симптомы с очень раннего возраста.

«Примерно с 12 до 18 месяцев у него были проблемы с животиком – постоянный жидкий стул и сильные боли в животе», — говорит она.

Установить диагноз было непросто. В семейном анамнезе не было случаев воспалительных заболеваний кишечника или болезни Крона, поэтому никому и в голову не пришло рассматривать этот вариант. (Однако с тех пор старшему брату Артура также был поставлен этот диагноз.)

«Нам сказали, что у него диарея у малышей, это обычное явление, и он, вероятно, перерастет ее», — говорит Сиан. «Затем они сказали, что попробуйте исключить молочные продукты из его рациона, поскольку это может быть непереносимостью. Затем они сказали: «О, хорошо, теперь попробуй исключить глютен «. Когда ему было пять или шесть, мы получили направление в нашу местную больницу, где у него диагностировали абдоминальную мигрень «.

В конце концов, Артура осмотрел врач, который распознал признаки ВЗК и назначил ему простой тест, известный как фекальный кальпротектиновый тест, который выявляет необычно высокий уровень белка кальпротектина в кале – признак воспаления. К этому времени он испытывал сильную боль, а также кровь в стуле.

После теста он был направлен в больницу Адденбрука, где его осмотрел профессор Маттиас Зильбауэр.

«Это был первый раз, когда мы действительно почувствовали, что кто-то знает, что происходит, и есть вещи, которые он может сделать», — говорит Сиан.

Артуру был прописан препарат азатиоприн, который он принимает по сей день. Поскольку для того, чтобы действие лекарства подействовало, может потребоваться время, ему также временно прописали стероиды. «Они заставляли меня нервничать, — говорит он, — и я был очень, очень голоден».

Азатиоприна самого по себе было недостаточно для полного контроля его симптомов, поэтому ему пришлось попробовать несколько других лекарств. Он также получает инфликсимаб, который вводится путем инфузии в Addenbrooke’s.

«Первые признаки кажутся довольно многообещающими», — говорит Сиан. «Даже после первой дозы, похоже, наблюдалось улучшение».

Однако лекарства имеют побочные эффекты. Например, азатиоприн может сделать кожу более чувствительной к свету, поэтому Артуру приходится пользоваться солнцезащитным кремом всякий раз, когда он выходит на улицу. Лечение также имеет тенденцию подавлять иммунную систему, делая пациента более восприимчивым к инфекциям.

«Осень в прошлом была сложной, потому что в школе был сезон кашля, простуды и вирусов, — говорит Сайан. — Артур, как правило, подхватывает все это, и это его утомляет».

Семья научилась контролировать себя, методом проб и ошибок выясняя, сколько Артур способен делать, не переутомляясь.

«Школьные каникулы сейчас в гораздо большей степени связаны с отдыхом, чем с напряженными днями», — говорит Сиан. «Мы стараемся сохранять спокойствие. Он так хорош в преодолении трудностей и выполнении дел. Ему нравится быть занятой пчелой, но мы обнаружили, что если он будет слишком усердствовать, то в долгосрочной перспективе может доставить себе еще больше неприятностей. »

К счастью, Артуру по-прежнему удается заниматься тем, что ему нравится. Ему нравится выступать – отсюда и его главная роль в «Аладдине». «Мне действительно нравятся танцы, особенно латиноамериканские и уличные», — говорит он. «Мне удается делать большинство вещей, которые мне нравятся, но иногда я устаю».

Артур — один из детей, принимающих участие в Трансляционном исследовании физиологии и патологии кишечника (TRIPP) в Кембриджском университете, целью которого является понимание здоровья нашего кишечника. Он пожертвовал некоторые клетки из своего кишечника, которые коллеги профессора Зильбауэра теперь используют для выращивания «мини-кишок», чтобы лучше понять болезнь Крона. Артур и его семья встретились с учеными на семейном дне в больнице, цель которого — показать детям, как они помогают исследованиям.

«Я думаю, что это довольно круто — участвовать в исследовании», — говорит он. «Приятно знать, что они пытаются получить больше информации о болезни Крона».

Сиан добавляет: «Реальная надежда заключается в том, что в конечном итоге мы сможем избавиться от множества проб и ошибок, определяя, что работает– а что нет, потому что у каждого пациента все по-разному. Это было бы потрясающе. »

В наши дни у все большего числа детей диагностируют болезнь Крона и ВЗК. У Артура есть послание этим детям: «Бывают плохие дни и бывают хорошие, но в конце концов вы найдете нужное лекарство. Иногда это может занять действительно много времени, но в конце концов они найдут то, что подходит именно вам. »

Однако сейчас он просто с нетерпением ждет возможности выйти на сцену и сотворить свою джинновую магию с аудиторией.