Model novonarodených myší poskytuje vodítka k príčine devastujúcej črevnej choroby u anemických preemií

Lekári majú už dlho podozrenie, že transfúzie červených krviniek podávané predčasne narodeným deťom s anémiou môžu ohroziť rozvoj nekrotizujúcej enterokolitídy, alebo NEC, potenciálne smrteľné zápalové ochorenie čriev. Avšak, spoľahlivý dôkaz o spojení bolo čiastočne ťažké získať kvôli nedostatku praktického zvieracieho modelu, ktorý by dokázal presne reprezentovať to, čo sa fyzicky stane, keď dieťa dostane NEC.

Laboratórna myš kŕmi svoje novonarodené mláďatá, ktoré sú veľké asi ako štvrtina a vážia menej ako uncu. Výskumný tím vedený spoločnosťou Johns Hopkins Medicine prekonal predchádzajúce problémy pri práci s malými myšami a vyvinul model na štúdium ničivého gastrointestinálneho ochorenia, ktoré postihuje predčasne narodené deti s anémiou. Kredit:The Jackson Laboratory

Teraz, Vedci z Johns Hopkins Medicine uvádzajú, že vyvinuli tento model - považovaný za prvý svojho druhu - s použitím malých myší, alebo mláďatá, ktorým sa najskôr urobí anémia a potom sa im podajú krvné transfúzie od novorodencov z iného myšieho kmeňa. Nová metóda, vedci tvrdia, napodobňuje to, čo sa stane, keď sa krvné transfúzie podávajú ľudským deťom od nepríbuzného darcu.

Popis modelu myši, spolu s významnými zisteniami a potenciálnymi prínosmi z jeho prvého použitia, je uverejnený v novom príspevku v časopise Prírodné komunikácie .

Potrebovali sme fungujúci model živej myši, aby sme sa dozvedeli, či samotná transfúzia krvi vedie k NEC, alebo sa to stane iba vtedy, ak sa transfúzia podáva pri anémii. “

Akhil Maheshwari, M.D., Profesor pediatrie na Lekárskej fakulte Univerzity Johna Hopkinsa, riaditeľ neonatológie v Detskom centre Johns Hopkins, a hlavný autor výskumnej práce

Pozorované u približne 10% až 12% detí s hmotnosťou menej ako 3,5 libier pri narodení, NEC je rýchlo postupujúca gastrointestinálna pohotovosť, pri ktorej baktérie prenikajú do steny hrubého čreva, spôsobuje zápal, ktorý môže v konečnom dôsledku zničiť zdravé tkanivo v mieste. Ak je nekrotizovaných (usmrtených) toľko buniek, že diera vedie k črevnej stene, fekálny materiál sa môže dostať do krvného obehu a spôsobiť život ohrozujúcu sepsu.

Od roku 2004, Maheshwari hovorí:výskumné štúdie opakovane ukázali, že predčasne narodené deti s ťažkou anémiou - deti s podielom červených krviniek na celkovom objeme krvi medzi 20% a 24% pri narodení - môžu vyvinúť NEC do 48 hodín po transfúzii červených krviniek. V porovnaní, Americká pediatrická akadémia tvrdí, že deti donosené v termíne majú bežne objem červených krviniek medzi 42% a 65%, vo veku 1 rokov klesne na 31 až 41%.

Pri hľadaní užitočného a praktického modelu myši, Maheshwari a jeho kolegovia museli prekonať problém s veľkosťou.

"Novorodené mláďatá myši sú veľké asi ako štvrtina a vážia menej ako uncu," preto je mimoriadne ťažké odstrániť z nich dostatok krvi na analýzu v laboratóriách, “Hovorí Maheshwari.

Aby ste prekonali túto prekážku, súkromná spoločnosť zaoberajúca sa lekárskym diagnostickým zariadením darovala použitie svojho pokročilého systému na analýzu krvi, ktorý namiesto 50 mikrolitrov vyžaduje iba vzorku s objemom 5 mikrolitrov (5 milióntin litra) - 60% celkového krvného zásobenia myšieho mláďaťa - ktorý väčšina testovacích laboratórií vyžaduje .

Ďalšie, vedci navrhli postup na vyvolanie ťažkej anémie u mláďat tým, že sa 10 dní po pôrode každý druhý deň odoberie zhruba polovica objemu krvi. To znížilo ich počet červených krviniek na úroveň približujúcu sa hodnotám u silne anemických novorodencov.

Sedem dní po narodení vedci predstavili baktérie, ktoré boli izolované a kultivované z predčasne narodeného dieťaťa s NEC. Nakoniec, transfúzia červených krviniek bola podaná 11. deň po narodení.

V priebehu nasledujúcich 48 hodín vedci hľadali vývoj symptómov podobných NEC vo svojej experimentálnej skupine a troch ďalších súboroch myších mláďat:(1) kontrolná skupina bez akéhokoľvek zásahu, (2) skupina bez anémie, ktorá dostala transfúziu a (3) skupina s anémiou, ale nebola transfúzovaná.

Iba silne anemické mláďatá, ktoré dostali krvné transfúzie, vykazovali črevné poškodenie, ktoré sa podobalo ľudskému NEC s nekrózou, zápal a oddelenie tkanív podporujúcich výstelku hrubého čreva. Ďalším krokom bolo zistiť, či nájdeme mechanizmus, prečo sa to stalo. “

Akhil Maheshwari, M.D

Vyšetrenie krvi mláďat s podmienkami podobnými NEC po ich transfúzii, vedci zistili, že obsahuje tri zložky, ktoré sa v krvi ostatných testovacích myší nenachádzajú:(1) veľký počet makrofágov, imunitné bunky, ktoré pohlcujú a trávia bunkové zvyšky, baktérie a vírusy, (2) voľne cirkulujúci hemoglobín, molekuly na báze železa, ktoré bežne prenášajú kyslík do celého tela, keď sú pripojené k červeným krvinkám, a (3) zvýšené hladiny proteínov vyvolávajúcich zápal, čo naznačuje, že makrofágy boli aktivované aj bez biologického ohrozenia čreva.

Vedci tiež zistili, že hladiny haptoglobínu, proteín, ktorý odstraňuje voľný hemoglobín z krvi, boli extrémne nízke.

"Tieto zistenia naznačujú, že anémia znižuje množstvo haptoglobínu u novorodenca," zabránenie správnemu odstráneniu voľného hemoglobínu, ktorý prichádza transfúziou, ako obvykle, “Hovorí Maheshwari.

Čo sa zrejme stane, on hovorí, spočíva v tom, že voľný hemoglobín sa viaže na proteínový receptor na črevnej stene, čo je to isté miesto, kde sa viažu bakteriálne jedy. Ako výsledok, imunitný systém sa mylne domnieva, že dochádza k napadnutiu čreva a aktivuje makrofágy.

Akonáhle začnú tieto imunitné bunky fungovať, Maheshwari vysvetľuje, vyvolávajú uvoľnenie zápalových bielkovín pozorovaných v krvi anemických, transfúzne myši. "Táto udalosť začína dvojitým zaseknutím na črevnej stene," " on hovorí. "Najprv, bielkoviny makrofágov zapaľujú a oslabujú tkanivá, robia ich zraniteľnými, a potom, baktérie sa pohybujú a produkujú endotoxíny, ktoré zabíjajú jednotlivé bunky.

S dôkazmi o pravdepodobnom mechanizme na vysvetlenie súvislosti medzi anémiou a transfúziou vo vývoji NEC, vedci sa to ďalej snažili potvrdiť tým, že zistili, či by mohli zablokovať dve z jeho fáz, a možno, pokročiť vo hľadaní potenciálnych terapií.

V jednom procese našim modelovým anemickým myšiam sme dali haptoglobín pred transfúziou a zablokovali aktiváciu makrofágov, takže sa u nich nevyvinuli symptómy podobné NEC. “

Akhil Maheshwari, M.D

V inom teste, nanočastice, ktoré Samuel Wickline, M.D., a jeho kolegovia z University of South Florida vyvinuté boli použité na dodanie genetického prerušenia - molekula RNA známa ako malá interferujúca RNA, alebo siRNA - ktorá blokuje chemický signál, ktorý hovorí makrofágom, aby začali produkovať zápalové proteíny. Nanočastice boli označené fluorescenčným farbivom na sledovanie ich pohybu a zahŕňali netoxickú zlúčeninu odvodenú z včely medonosnej.

Maheshwari hovorí, že makrofágy v krvi anemických myších mláďat pohltili nanočastice a uzavreli ich do vakuol. Derivát včelieho jedu, vysvetľuje, rozbil vakuoly, aby sa siRNA mohla uvoľniť vo vnútri makrofágov.

Blokátor genetického signálu fungoval dobre, Wickline hovorí, ochrana anemických myších mláďat pred črevným zápalom po transfúziách červených krviniek.

"Pretože sme ukázali, že inhibičné nanočastice so siRNA sú schopné ovládať hlavný regulátor zápalu v NEC, možno by sa táto technológia jedného dňa dala použiť nielen na liečbu alebo prevenciu NEC, ale iné choroby, kde zápal hrá kľúčovú úlohu, ako je artritída a ateroskleróza, " on hovorí.

Maheshwari hovorí, že dúfa v nový model myši a zistenia zo súčasnej štúdie možno použiť na vývoj krvných biomarkerov, ktoré by mohli naznačovať, ktorí novorodenci sú najviac ohrození rozvojom NEC.

• Štúdia ukazuje, ako môže cervikovaginálny mikrobióm vyvolať rezistenciu na chlamýdie
• Vedci identifikujú dedičnú mutáciu rizika rakoviny pankreasu