Czy naukowcy zmienią strukturę śluzu, aby ułatwić oczyszczanie i ograniczyć uszkodzenia płuc w mukowiscydozie?

fot. Mark Derewicz, UNC School of Medicine
0

Dla zdrowych ludzi śluz w płucach jest sprzymierzeńcem. Łapie potencjalne patogeny, dzięki czemu nasze drogi oddechowe mogą odsyłać je z powrotem na zewnątrz, zanim spowodują szkody w naszych płucach. Ale dla osób z takimi chorobami, jak mukowiscydoza (CF) i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), śluz może stać się zbyt gęsty i lepki, a nawet mocny kaszel nie może go usunąć. Infekcje rozwijają się u tych chorych w zawrotnym tempie, prowadząc do ciężkiej przewlekłej choroby i przedwczesnej śmierci.

Naukowcy z UNC School of Medicine i Duke University wykazali, dlaczego kaszel często nie może rozerwać śluzu na części i “odkleić” go od wyściółki dróg oddechowych. Pokazali też, jak uczynić śluz cieńszym i mniej lepkim, aby kaszel mógł stać się pomocą terapeutyczną.

Odkrycie, opublikowane w Proceedings of National Academy of Sciences, pomaga wyjaśnić, w jaki sposób mukowiscydoza szkodzi płucom i podkreśla znaczenie terapii, które zmieniają śluz na tyle, aby dać natychmiastową ulgę ludziom z mukowiscydozą. Łącząc wiele dyscyplin naukowych od biologii komórki do nauki o materiałach, badacze stworzyli najbardziej realistyczny system eksperymentalny do testowania mechanicznych właściwości śluzu w chorobach dróg oddechowych, w tym mukowiscydozie, POChP i astmie, które dotykają milionów ludzi w Stanach Zjednoczonych (w tym 70 tysięcy osób z mukowiscydozą na świecie).

“Narzędzia opracowane w tym badaniu pomogą nam przetestować strategie mające na celu poprawę oczyszczania śluzu w kilku ważnych chorobach płuc”, powiedział główny autor, dr Brian Button, profesor biochemii i biofizyki oraz członek Centrum Badań Mukowiscydozy na UNC-Chapel Hill.

Starszy autor Michael Rubinstein, profesor Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Materiałoznawstwa na Uniwersytecie Duke’a, powiedział: “Zmierzyliśmy siły przyczepności, które wiążą śluz do wyściółki dróg oddechowych i siły spójności, które utrzymują śluz razem, i zidentyfikowaliśmy kilka czynników, które mogą pomóc w zmniejszaniu przyczepności i spójności…”

U zdrowych ludzi śluz zawiera 98% wody. Mniej niż 1 procent zwykłego śluzu składa się z długich, lepkich, przypominających łańcuch białek zwanych mucynami, które nadają śluzowi właściwości żelowe. Mukowiscydoza, przewlekłe zapalenie oskrzeli i kilka innych chorób płuc charakteryzują się śluzem znacznie bardziej lepkim niż normalnie, o konsystencji żelatyny, ponieważ jest obciążony mucynami. W śluzie u chorych z mukowiscydozą, ilość mucyn wzrasta nawet do 10 procent, a ilość wody spada do 79 procent. Nawet małe zmiany zawartości mucyn mogą mieć dramatyczny wpływ na lepkosprężystość śluzu.

Zazwyczaj odruch kaszlowy wytwarza duże prędkości przepływu powietrza, które rozrywają śluz i odrywają go od wyściółki dróg oddechowych. Jednak naukowcy nigdy do końca nie zrozumieli, dlaczego kaszel nie usuwa śluzu w chorobach takich jak mukowiscydoza. Kierując się teoretyczną pracą Rubinsteina, długoletniego badacza w UNC-Chapel Hill, naukowcy z UNC opracowali wyrafinowany system do testowania sił mechanicznych wymaganych do rozrywania i usuwania normalnego śluzu i śluzu w mukowiscydozie.

Naukowcy po raz pierwszy użyli komórki wyścielające drogi oddechowe z płuc pacjentów po przeszczepie i wyhodowali je w naczyniach laboratoryjnych. Te komórki wytwarzały własną warstwę śluzu. Button powiedział: “Wyglądają jak miniaturowe wersje prawdziwej wyściółki dróg oddechowych.”

Ponieważ śluz jest bardzo “miękkim” żelem, naukowcy opracowali technikę osadzania małych oczek, które mocno wiążą się ze śluzem. Siatka ta jest następnie łączona za pomocą nici jedwabnej z silnikiem za pomocą czujnika siły, aby określić siłę potrzebną do wyciągnięcia i rozerwania śluzu. Pozwoliło to porównać te siły w normalnym śluzie i śluzie u chorych z mukowiscydozą.

“Stwierdziliśmy, że adhezja i spójność siły śluzu dramatycznie wzrastają, gdy stosunek mucyn do wody jest wyższy niż normalnie” – powiedział Button. “W śluzie chorych z mukowiscydozą siły te przewyższyła siły wywoływane przez kaszel, co oznacza, że ​​kaszel miał znacznie zmniejszoną zdolność do oczyszczania dróg oddechowych ze śluzu.”

Naukowcy z UNC i Duke wykorzystali również platformę eksperymentalną do przetestowania skuteczności dwóch popularnych typów leczenia mukowiscydozy. Jedna terapia – wziewna sól fizjologiczna i hipertoniczny roztwór soli – zwiększa zawartość wody w śluzie. Inny rodzaj terapii – tak zwane “mukolityczne” terapie – sprawiają, że śluz jest mniej lepki i elastyczny przez rozdrabnianie lub oddzielanie cząsteczek mucyny w celu zmniejszenia ich zdolności do usztywnienia śluzu. Zespół odkrył, że oba rodzaje terapii dobrze działają na zmniejszenie kleistości i spoistości śluzu CF.

Naukowcy planują teraz wykorzystać swój eksperymentalny system do kolejnych badań, które mogą przyczynić się do rozwoju terapii chorób związanych z nadmierną produkcją, lepkiego śluzu w układzie oddechowym.

 

Na podstawie materiałów od UNC-Chapel Hill.

Zostaw odpowiedź

Twoj adres e-mail nie bedzie opublikowany.


The reCAPTCHA verification period has expired. Please reload the page.