Nesandarus žarnynas ir skrydis į kosmosą - atskleistas mechanizmas

Naujas imituojamo mikrogravitacijos poveikio tyrimas, sąlyga, su kuria astronautai susiduria kosmose, trukdo žarnyno epitelio barjerui, o poveikis išlieka net ir po to, kai astronautas grįžta į įprastą aplinką. Tyrimas paskelbtas žurnale Mokslinės ataskaitos .

Žarnyno sienelės epitelis vaidina lemiamą vaidmenį apsaugant likusią kūno dalį nuo milijardų mikrobų, su kuriais žmonės susiduria per maistą. Tačiau, esant mikrogravitacijai, ši kliūtis yra sutrikdyta. Tai ne tik trukdo normaliai žarnyno veiklai, bet ir sumažina žarnyno barjero gebėjimą atsispirti infekcijai net po to, kai astronautai grįžta į žemę.

Declanas McCole'as yra biomedicinos mokslų profesorius UC Riverside. (UCR medicinos mokykla/Carrie Rosema)

Mikrogravitacija arba beveik nesvarumas

Dėl mikrogravitacijos organizmo veikla smarkiai pasikeičia. Pokyčiai apima genetinius, struktūriniai ir biocheminiai pokyčiai. Tai gali sukelti gastroenteritą, ir kiti žarnyno ligos simptomai. Taip pat kenčia organizmo imuninė sistema, o bakterijos, tokios kaip salmonelės, tampa labiau patogeniškos mikrogravitacijos sąlygomis, sukelia žarnyno ligas.

To priežastis iš dalies atskleista dabartiniame tyrime, tai rodo, kad buvimas mikrogravitacijos aplinkoje sukelia žarnyno epitelio ląstelių susilpnėjimą, sumažina jų gebėjimą atlaikyti tam tikrų agentų kliūtis pažeidžiančias savybes. Ir šis silpnumas buvo nuolatinis iki 14 dienų po to, kai asmuo grįžo į įprastą aplinką.

Tyrimas

Mokslininkai pristatė acetaldehidą, metabolitas, gaminamas organizme iš alkoholio. Jie pasirinko šį vaistą, nes žinoma, kad alkoholis skaido žarnyno barjerą ir pagerina žarnyno sienelių pralaidumą sveikiems ir alkoholizmu sergantiems asmenims, sergantiems kepenų pažeidimu.

Nesandarus žarnynas. - Iliustracijos kreditas:„Designua“ / „Shutterstock“

Ši barjerinė funkcija yra labai svarbi žarnyno sveikatai, o jo skilimas sukelia žarnyno nesandarumą. Jis leidžia infekcijoms ir bakteriniams antigenams, arba metabolitai, patekti į kūną, sukelia, kaip gerai zinoma, lėtinis uždegimas. Tai apima uždegiminę žarnyno ligą, celiakija, 1 tipo diabetas ir kepenų liga.

Komandos naudojamas modelis buvo besisukantis sieninis indas, kuris palaiko ląsteles tokioje aplinkoje, kur jos būtų nuolat kontroliuojamai sukamos. Šis indas yra bioreaktorius, kur gyvose ląstelėse gali atsirasti biologinių reakcijų. Sąlygos kruopščiai imituoja imituoto mikrogravitacijos poveikį kultivuotoms ląstelėms, paimtoms iš žarnyno epitelio.

Radiniai

Ląstelės galėjo augti vienu sluoksniu virš pateiktų mikro nešiklio karoliukų. Šios ląstelės gali sudaryti sandarias jungtis, o ląstelių poliškumas, arba kryptis nuo viršūnės iki pagrindo, taip pat nebuvo paveiktas.

Po to, kai ląstelės buvo kultivuojamos 18 dienų besisukančiame sieniniame inde, nustatyta, kad žarnyno epitelio ląstelės žymiai vėluoja formuoti sandarias jungtis, ląstelių ir ląstelių jungtys, kuriose atskiros epitelio ląstelės yra sujungtos, kad sudarytų vandeniui nelaidų barjerą, kurio negali kirsti joks gyvas organizmas ar biologinė molekulė. Net kai jie buvo suformuoti, modelis buvo nenormalus, tikriausiai dėl to, kad sandarių jungčių baltymai patenka į ląstelės membraną ląstelės viršūnėje, kur susidaro sandarios sankryžos. Šis pakeistas modelis išliko iki 14 dienų po to, kai iš indo buvo pašalintos išaugintos ląstelės.

Kai jos paveikė ląsteles acetaldehido garais, jie pamatė, kad pastebimi barjero defektai, padidėjus žarnyno epitelio ląstelių barjerui. Taigi, šios ląstelės buvo labiau pažeidžiamos barjerą ardančios medžiagos nei kontrolinės ląstelės, kurios nebuvo veikiamos mikrogravitacijos.

Baltymai, dalyvaujantys formuojant sandarias jungtis, nebuvo išraiškingi, rodo, kad jų trūkumas nebuvo atsakingas už vėlavimą. Tai buvo pastebėta ląstelėse, veikiančiose acetaldehido, ir tose, kurios nebuvo. Tačiau, acetaldehido paveiktose ląstelėse, sandarios jungties baltymai parodė sutrikusią membranos lokalizaciją mikrogravitacijos sąlygomis. Nors toks sutrikimas įvyko su acetaldehidu tiek besisukančiame sieniniame inde, tiek kontrolinėse ląstelėse, jis buvo didesnis pirmuoju atveju. Taigi, dėl mikrogravitacijos žarnyno epitelis yra jautresnis funkcinių barjerų defektams, kai susiduria su barjerą ardančia medžiaga, ir sukelia sandarių jungčių pertvarkymą.

Mechanizmą tikriausiai galima paaiškinti ankstesniais tyrimais, kurie parodo, kaip acetaldehidas sutrikdo aktino sandarios baltymų sąveikos stabilumą, todėl netinkamai sutelkti sandarios jungties baltymai okliudinas ir ZO-1.

Išvada

Mikrogravitacinė aplinka gali sukelti sveikoms ląstelėms barjero defektą. Antra, kai tokios ląstelės yra veikiamos agento, galinčio sutrikdyti šį barjerą, defektas labai sustiprėja, ir tai gali sutrikdyti visą žarnyno homeostazės sistemą. Iš tiesų, tai gali padidinti bakterinės infekcijos riziką, lėtinis uždegimas dėl bakterinių produktų poveikio, ir greita rimta infekcija.

Tyrėjas Declanas McCole'as sako:„Mūsų tyrimas yra pirmasis, tiriantis, ar funkciniai epitelio ląstelių barjerinių savybių pokyčiai laikui bėgant išlieka po pašalinimo iš imituotos mikrogravitacijos aplinkos. Mūsų darbas gali informuoti apie ilgalaikes keliones į kosmosą ir kolonizaciją, kai patogeno, patekusio per maistą, poveikis gali sukelti sunkesnę patologiją nei Žemėje.

• Ryšys tarp žarnyno mikrobiomos,
• Tyrimai rodo, kaip žarnyno mikrobai veikia skrandžio gripą