Гистологические изображения органоидов, полученных от пациентов: здоровые (слева), подтип болезни Крона SF2CD (посередине) и болезнь Крона IDICD (справа). Изображение предоставлено Прадиптой Гош. Кредит: UC San Diego Health Sciences
Болезнь Крона — аутоиммунное заболевание — характеризуется хроническим воспалением пищеварительного тракта, что приводит к множеству изнурительных желудочно-кишечных симптомов, которые различаются у разных пациентов. Осложнения заболевания могут разрушить слизистую оболочку кишечника, требуя повторных операций. Это плохо изученное заболевание, которое в настоящее время неизлечимо и имеет мало вариантов лечения, часто поражает молодых людей, вызывая значительное ухудшение здоровья на протяжении всей их жизни.
Одним из препятствий для прогресса в разработке методов лечения было отсутствие доклинических моделей животных, которые точно воспроизводят это сложное заболевание. Другим препятствием является чрезвычайная неоднородность среди пациентов в клинике, что затрудняет для врачей адаптацию методов лечения.
Предыдущие исследования болезни Крона вывели органоиды из плюрипотентных стволовых клеток, перепрограммированных в клетки кишечника. Теперь, изучая органоиды, полученные из взрослых стволовых клеток в тканях кишечника пациентов с болезнью Крона, которые более точно воспроизводили черты заболевания, исследователи Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили, что это состояние состоит из двух различных молекулярных подтипов.
Результаты, опубликованные в Cell Reports Medicine 26 сентября 2024 года, могут заложить основу для улучшения диагностики и разработки персонализированных вариантов лечения на основе того, к какому подтипу относится заболевание пациента.
Исследователи взяли образцы ткани кишечника у 53 пациентов с болезнью Крона во время рутинных колоноскопий в Центре воспалительных заболеваний кишечника в UC San Diego Health. Пациенты были из разных слоев общества и имели различные клинические симптомы. Ученые из UC San Diego HUMANOID Center of Research Excellence в UC San Diego School of Medicine во главе с его директором и первым автором исследования Кортни Тиндл создали «биобанк» органоидных культур, полученных от пациентов.
Органоиды — это крошечные, выращенные в лаборатории копии органов или тканей, которые точно имитируют поведение своих реальных аналогов. Они особенно полезны в медицинских исследованиях, когда животные модели неадекватно представляют болезнь.
Предыдущие исследования болезни Крона вывели органоиды из плюрипотентных стволовых клеток, перепрограммированных в клетки кишечника. Однако, по словам старшего автора Прадипты Гош, доктора медицины, профессора клеточной и молекулярной медицины и исполнительного директора Центра HUMANOIDTM, разработка органоидов из взрослых стволовых клеток в тканях кишечника более точно воспроизводит черты болезни.
«Плюрипотентные стволовые клетки, полученные из клеток крови или кожи, несут генетические черты пациента, но не имеют возможности узнать о воспаленной среде внутри кишечника пациента», — сказал Гош.
В отличие от этого, взрослые стволовые клетки сохраняют эпигенетическую память о среде кишечника, запечатленную в генетическом фоне, — включая историю бактериальной колонизации, воспаления и измененного кислорода и pH.
«Мы показываем здесь, что органоиды, полученные из взрослых стволовых клеток, точно имитируют воспаленный кишечник, но плюрипотентные клетки терпят неудачу, что напоминает мне слова Майи Энджелоу: «Я с большим уважением отношусь к прошлому. Если вы не знаете, откуда вы пришли, вы не знаете, куда вы идете», — добавила она.
После анализа исследователи с удивлением обнаружили, что независимо от того, сколько клинически разнообразных пациентов они набирали, органоиды неизменно попадали в один из двух дискретных молекулярных подтипов, каждый из которых демонстрирует уникальные паттерны генетической мутации, экспрессии генов и клеточных фенотипов.
Эти два подтипа:
- Иммунодефицитная инфекционная болезнь Крона (IDICD), характеризующаяся трудностями в очищении от патогенов и недостаточной реакцией цитокинов иммунной системы. У этих пациентов наблюдается склонность к образованию свищей с гнойными выделениями.
- Фибростенозная болезнь Крона, вызванная стрессом и старением (S2FCD), характеризующаяся клеточным старением и стрессом. У этих пациентов наблюдается склонность к развитию фиброза — или рубцевания — эпителиальной ткани кишечника, что может привести к образованию стриктур.
Гош считает, что открытие этих двух отдельных молекулярных подтипов приведет к сдвигу в традиционном понимании болезни Крона. Вместо классификации пациентов на основе большого массива клинических симптомов, их категоризация по одному из двух молекулярных подтипов может открыть дверь к более персонализированным и эффективным стратегиям лечения.
«В настоящее время из-за отсутствия понимания этих принципиально разных подтипов им всем назначают одно и то же лечение — шаблонную терапию», — сказал Гош. «Эта комбинация противовоспалительных препаратов помогает части пациентов, но только временно».
Исследование показало, что пациентам с иммунодефицитной инфекционной болезнью Крона могут быть более эффективны методы лечения, которые вместо этого устраняют их бактериальные инфекции.
Напротив, для людей с подтипом фибростенозной болезни Крона, вызванным стрессом и старением, Гош говорит, что препараты, которые нацелены на клеточное старение или обращают его вспять — клеточная и стволовая клеточная терапия, омолаживающая эпителий кишечника, — могут быть более эффективными при лечении их заболевания.
Тестирование различных препаратов на органоидах, полученных от пациентов, поможет определить, какие препараты наиболее эффективны для каждого молекулярного подтипа.
Она добавляет, что ведется работа по генотипированию двух подтипов с целью разработки простого теста, который может быстро определить, к какому подтипу относится пациент. «Я надеюсь, что когда генетика будет завершена, болезнь Крона будут рассматривать как два молекулярных подтипа, которые следует лечить двумя совершенно разными способами».
Гош говорит, что будущие методы лечения болезни Крона, от которой страдают более 500 000 американцев, однажды могут включать персонализированную клеточную терапию, включая редактирование генов и лечение на основе РНК.
«Традиционно мы лечим это заболевание противовоспалительными препаратами, подход, который можно сравнить с тушением пожаров. С помощью этого исследования — первого из многих, основанного на текущей работе и усилиях, которые будут перенесены в клинику, — мы надеемся в первую очередь выявить поджигателя, который и является ответственным за пожар».
Гош говорит, что логистика и инфраструктура HUMANOID и Института сетевой медицины уникальным образом позволяют предпринимать смелые усилия по моделированию заболеваний в рамках совместной структуры, которая простирается от лабораторного стола до клиники и облака. Команда сотрудничала с гастроэнтерологами Уильямом Сэндборном, доктором медицины, и Бриджид С. Боланд, доктором медицины в Центре воспалительных заболеваний кишечника в Калифорнийском университете в Сан-Диего, которые консультировали их по моделированию заболеваний, а также с учеными по обработке данных, которые определяли, насколько точно модель соответствует заболеванию.
Дополнительная информация: Биобанк живых органоидов пациентов с болезнью Крона выявляет молекулярные подтипы для персонализированной терапии, Cell Reports Medicine (2024). DOI: 10.1016/j.xcrm.2024.101748. www.cell.com/cell-reports-medi … 2666-3791(24)00478-6
Информация о журнале: Cell Reports Medicine Предоставлено Калифорнийским университетом в Сан-Диего
