Блог

Площадь кишечника человека


Площадь кишечника равна 250-ти м2: интересные факты о ЖКТ

Ни с одной другой жизненноважной системой организма человек не взаимодействует так часто, как с собственной пищеварительной системой. Без неё человек не смог бы получать питательные вещества из пищи и избавлять организм от отходов жизнедеятельности.

Пище не нужна гравитация, чтобы дойти до желудка.

Когда вы съедаете что-то, еда не просто падает через пищевод в желудок: мышцы пищевода сокращаются и расслабляются — эти волнообразные сокращения называются перистальтикой, таким образом пища проталкивается по небольшому каналу вниз, к желудку. Благодаря перистальтике, даже если вы будете есть, вися вниз головой, еда сможет попасть в желудок.

Слабительные принимают сигналы от пищеварительной системы.

Слабительные часто содержат несколько различных классов ферментов, включая протеазы, амилазы и липазы. Пищеварительная система человека также содержит эти ферменты.

Пищеварительная система использует эти типы ферментов, чтобы растворить пищу: протеазы расщепляют белки, амилазы — углеводы, а липазы — жиры. Например, ваша слюна содержит амилазы и липазы, а ваш желудок и тонкий кишечник используют протеазы.

Большая часть пищи переваривается не в желудке.

Принято считать, что желудок является центром пищеварительной системы. Этот орган действительно играет большую роль в "механическом пищеварении" — он принимает большое количество пищи и смешивает её с желудочным соком, физически расщепляя еду на составляющие и превращая её в густую пасту под названием химус.

Но желудок принимает довольно небольшое участие в химическом разложении — процессе, уменьшающем пищу до размера молекул, что необходимо для попадания питательных веществ в кровоток.

Большая часть процесса переваривания и поглощения питательных веществ происходит в тонком кишечнике, составляющем около двух третей длины желудочно-кишечного тракта. После дальнейшего разрушения химуса мощными ферментами, тонкий кишечник поглощает питательные вещества и направляет их в кровоток.

Площадь поверхности тонкого кишечника огромна.

Длина тонкой кишки составляет около семи метров, а ширина — примерно 2,5 см в диаметре. На основании этих измерений можно решить, что площадь поверхности тонкого кишечника составляет около 0,6 м². На самом же деле его площадь — около 250-ти м2, что сравнимо с площадью теннисного корта.

Тонкий кишечник имеет три особенности, увеличивающие площадь его поверхности. Стенки кишечника имеют складки, а также содержат структуры, называемые ворсинками — пальцевидными проекциями поглощающей ткани. Более того, ворсинки покрыты микроскопическими выступами — микроворсинками. Все эти особенности позволяют тонкому кишечнику лучше усваивать пищу.

Желудки у животных разные.

Желудок является неотъемлемой частью пищеварительной системы, но у разных животных он выглядит по-разному. Некоторые животные имеют желудки с несколькими отсеками: у коров и других жвачных животных — жирафов, оленей и крупного рогатого скота — четырёхкамерные желудки, что помогает им переваривать растительную пищу.

А у некоторых видов животных, например, морских коньков, двоякодышащих и утконосов, желудка нет вообще, и пища напрямую поступает из пищевода в прямой кишечник.

Кишечные газы неприятно пахнут из-за бактерий.

Кишечные газы представляют собой сочетание поглощённого воздуха и газов, появляющихся путём ферментации бактерий в желудочно-кишечном тракте. Пищеварительная система не может поглощать только определённые компоненты пищи — некоторые вещества просто попадают в толстый кишечник, где начинают работать целые полчища кишечных бактерий, выделяя различные газы, в том числе углекислый газ, водород, метан и сероводород.

Пищеварительная система склонна к раку.

Каждый год более 270-ти тысяч американцев обращаются в больницы, их диагноз — рак желудочно-кишечного тракта, включая рак пищевода, желудка, толстого кишечника и прямого кишечника. Около половины подобных случаев приводят к смерти. В 2009-м году в США от колоректального рака умерло почти 52 тысячи человек, это самое большое число смертей от раковых заболеваний, исключая рак лёгких.

Шпагоглотатели помогли учёным заглянуть в желудок.

Эндоскоп — это инструмент, используемый для изучения органов и полостей внутри тела. Немецкий врач Филипп Боззини в начале 1800-х годов разработал примитивную версию эндоскопа, названную лайтлейтер, предназначенную для проверки ряда областей организма, в том числе уха, полости носа и уретры.

Полвека спустя французский хирург Антуан Жан Дезормо разработал ещё один инструмент для изучения мочевыводящих путей и мочевого пузыря, который он назвал "эндоскоп".

В 1868-м году немецкий врач Адольф Куссмауль использовал эндоскоп, чтобы в первый раз заглянуть внутрь желудка живого человека. В отличие от сегодняшних эндоскопов, инструмент Куссмауля не был гибким, так что им было трудно управлять. Поэтому Кассмауль использовал опыт шпагоглотателей, способных легко заглатывать шпагу длиной около 47-ми см и шириной 1,3 см — именно такого размера был разработанный им прибор.

Человек с дыркой в животе помог врачам в изучении пищеварения.

В 1822-м году некий охотник случайно подстрелил 19-летнего мужчину по имени Алексис Сен-Мартен. Армейский хирург Уильям Бомонт вылечил пострадавшего, оставив, однако, отверстие в брюшной полости, которое называется свищ. Этот свищ позволил Бомонту исследовать желудок совершенно новым способом.

В течение следующего десятилетия Бомонт провёл 238 экспериментов над Сен-Мартеном, некоторые из них предполагали введение пищи напрямую в желудок пациента. Бомонт сделал ряд важных выводов из своей работы, например, о том, что на пищеварение может влиять лихорадка, а также что пищеварение — это нечто большее, чем просто измельчение пищи в желудке, для переваривания требуется соляная кислота.

Желудок должен защищать себя от себя же.

Клетки вдоль внутренней стенки желудка секретируют примерно по два литра соляной кислоты ежедневно, которая помогает убить бактерии и способствует пищеварению. Вне организма соляная кислота обычно используется в различных средствах для удаления ржавчины и окалины со стальных поверхностей, а также содержится в некоторых моющих средствах, в том числе в очистителях для унитазов.

Чтобы защитить себя от едкой кислоты, стенки желудка покрыты толстым слоем слизи, но эта слизь не может обезопасить желудок на неограниченный срок, так что желудок каждые две недели "обновляет" этот слой.

Врачи лечили язвенную болезнь неправильно в течение почти столетия.

Язвенная болезнь — это язвы на слизистой желудка, пищевода или тонкого кишечника. Согласно исследованиям 2007-го года, от эта болезнь ежегодно проявляется у 50-ти млн человек только в США.

Врачи долгое время считали, что причинами язвенной болезни являются стресс и острая пища. Это объяснение имело смысл, так как больные часто жаловались на острые боли как раз после приёма острой пищи, так что в течение почти 100 лет врачи назначали курс лечения в виде отдыха и лёгкой диеты.

В 1982-м году австралийские ученые Барри Маршалл и Робин Уоррен обнаружили, что язва появляется из-за бактерии Helicobacter Pylori, внедряющейся в слизистую желудка. Благодаря этому открытию врачи придумали лучшее лечение язвы — антибиотики.

Это открытие принесло Маршаллу и Уоррену Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2005-м году.

Урчание в желудке может раздаться в любое время, а не только тогда, когда человек голоден.

Так называемые желудочные раскаты — это результат перистальтики желудка и тонкого кишечника.

Иными словами, это свидетельство нормального переваривания пищи, возникающего тогда, когда пища, жидкости и газы проходят через ваш желудочно-кишечный тракт. Когда в пищеварительный тракт пуст, этот звук громче, поскольку нет ничего, что могло бы его заглушить.

Но почему же мышцы сокращаются, если в пищеварительном тракте ничего нет?

После того, как содержимое желудка попадает в тонкий кишечник, пищеварительная система посылает сигналы в мозг, а тот реагирует, говоря пищеварительным мышцам начать процесс перистальтики.

Мышечные сокращения нужны для того, чтобы в желудке не осталось избыточной пищи — в результате и раздаётся "ложный" сигнал, что тело нуждается в еде.

Подпишись на Telegram-канал и посмотри, что будет дальше!

Кишечные черви человека - симптомы, изображения, лечение

Что такое кишечные глисты (гельминты)?

Кишечные черви человека - это паразиты, которые живут в кишечнике человека, поедают содержимое кишечника или сосут кровь из стенок кишечника. Кишечные глисты могут вызвать тяжелую инфекцию, преимущественно у детей в тропических и субтропических регионах. Это чаще встречается в развивающихся странах, где количество надлежащих туалетов и канализации ограничено.

Присутствие паразитов любого вида (включая кишечных червей) в организме или на теле обозначается как заражение .Гельминт - медицинский термин для обозначения кишечных червей. Следовательно, кишечные черви являются заражением гельминтами. Эти кишечные паразиты человека обычно попадают в кишечник через рот через зараженную пищу или воду. Некоторые продукты, в частности мясо животных, с большей вероятностью передают этих кишечных червей человека.

Симптомы заражения кишечными глистами

Кишечные черви могут годами жить в кишечнике человека, не вызывая никаких симптомов.Общие симптомы могут появиться через несколько недель или несколько месяцев после заражения и включают бледность, слабость, усталость (из-за анемии из-за потери крови, высосанной глистами), беспокойство , нарушение сна и потеря веса (из-за потери питательные вещества, используемые червями). Симптомы со стороны брюшной полости могут длиться от нескольких недель до месяцев и включают:

  • Вздутие живота
  • Зловонное дыхание или газы
  • Потеря аппетита
  • Рвота
  • Зуд в анусе
  • в слизистой оболочке стул
  • Кровь в стуле
  • Свободный стул или диарея
  • Глисты, их части или яйца могут быть иногда обнаружены в стуле
  • Зудящая кожная сыпь
  • Отек вокруг глаз
  • Распухшая зудящая шишка на месте проникновения паразита (обычно на стопе).

Источники заражения кишечными червями человека

Яйца червей, пролившиеся с калом людей или животных, инфицированных взрослыми глистами, могут загрязнять почву или воду. После выхода из организма яйцам требуется несколько дней или недель, чтобы перерасти в инфекционную стадию (цисты) или незрелых червей (личинки), которые могут быть проглочены, если вы едите загрязненными почвой руками или когда вы едите сырых немытых овощей .

Еще одним источником кишечных червей является недовареное инфицированное мясо домашней свиньи, пресноводной рыбы или диких животных (медведь, морж и т. Д.)). Также можно заразиться , проглотив собачьих блох, проглотивших яйца паразитов. Дети могут заразиться инфекцией из песочниц, загрязненных стулом домашних животных. Некоторые виды незрелых червей могут проникать через вашу кожу во время плавания или ходьбы босиком . Когда эти паразиты достигают тонкой или толстой кишки, они превращаются во взрослых червей. Обычные садовые черви обычно не вызывают болезней у человека.

Как кишечные черви вызывают заболевание?

Взрослые черви, длина которых может составлять от 1 миллиметра до нескольких метров, проникают в стенку кишечника и высасывают из нее кровь или свободно живут в кишечнике и используют питательные вещества из содержимого кишечника.Результатом является воспаление тонкой кишки или толстой кишки и язвы, анемия и дефицит белка, железа и витаминов (в основном A, C, B12). В тяжелых случаях может возникнуть кишечная непроходимость. Личинки могут мигрировать в другие органы (печень, селезенку, мочевой пузырь, мышцы, легкие, мозг), где они образуют кисты и вызывают аллергическое воспаление.

Обычные кишечные черви человека

A. Круглые черви (нематоды)

  • Крупные круглые черви ( Ascaris lumbricoides ) встречаются во всем мире.Эти черви имеют длину несколько дюймов и толщину, как карандаш ( Рис. 1 ).
  • Анкилостомы ( Necator americanus, Ancylostoma duodenale ) чаще всего встречаются в тропических регионах; они примерно полдюйма в длину. Эти черви могут заразиться при ходьбе босиком, так как они проникают через кожу. Попадая в кишечник, они высасывают кровь из стенки кишечника.
  • Власоглав ( Trichuris trichiura ) вызывает заражение, известное как трихоцефалез.
  • Острицы
    • Strongyloides stercoralis
    • Острица или глист ( Enterobius vermicularis ) - белый червь длиной полдюйма; его яйца вызывают анальный зуд.
  • Trichinella spiralis вызывает заражение, известное как трихинеллез. Он может быть получен при употреблении недоваренной зараженной свинины. Паразиты перемещаются из кишечника в мышцы и другие органы, где они образуют цисты - инкапсулированные формы, которые трудно искоренить.Основные симптомы: боль в животе, мышечная боль и боль в суставах, отек глаз и кожная сыпь.

Рисунок 1. Круглый червь - Ascaris lumbricoides (несколько дюймов в длину)
(источник: phil.cdc.gov)

B. Трематоды (Trematoda)

  • Schistosoma mansoni вызывает кишечный шистосомоз (бильгарциоз), в основном в Африке, на Ближнем Востоке, в Карибском бассейне и Южной Америке. Это примерно полдюйма в длину и 1 миллиметр в толщину.Взрослые паразиты живут в венах кишечника и выпускают яйца в полость кишечника. Диагноз ставится при обнаружении яиц в кале и моче.

Рисунок 2. Шистосомный дерматит (зуд пловца) -
- сыпь на предплечье в местах проникновения паразитов
(источник: phil.cdc.gov)

C. Ленточные черви (Cestoda)

  • Рыба ленточный червь ( Diphyllobothrium latum ) заражается инфицированной пресноводной рыбой.Он может превышать 10 метров в длину и встречается в Европе, России и США.
  • Говяжий цепень ( Taenia saginata ) и свиной цепень ( Taenia solium ) могут заразиться недоваренной говядиной или свининой соответственно. Это заражение называется тенейозом. Это чаще встречается в сельских районах по всему миру. Взрослые черви могут быть более 20 метров в длину.
  • Собачий цепень ( Dipyllidium canium ) часто встречается у собак и кошек.Люди заражаются (редко) при поедании собачьих блох, инфицированных личинками ленточных червей. В стуле можно найти частицы размером с рис.

Рисунок 3. Говяжий цепень - Taenia saginata (несколько метров в длину)
(источник: Викимедиа)

Trichicara cati или Trichicara canis можно привлечь, проглотив яйца или собачьи яйца с кошачьими яйцами. стул соответственно. После проглатывания яиц он превращается в личинок, которые мигрируют по органам тела, например, через легкие.Общие симптомы - жар и кашель.

Как диагностируют кишечные глисты?

Если вы страдаете от необъяснимого вздутия живота, диареи, слабости или потери веса, ваш врач должен подозревать кишечных червей (или других кишечных паразитов) как возможную причину. Диагноз подтверждается анализом кала на яйца и паразиты (тест O&P). Hemoccult может обнаруживать кровь в стуле. Анализы крови могут выявить анемию (низкий уровень ферритина и эритроцитов), низкий уровень витаминов A, C или B12, антитела против определенных глистов или повышенный уровень эозинофилов и антител IgE.Яйца остриц из анальной области можно собрать с помощью клейкой ленты , тест .

Лечение кишечных глистов

Однократная доза противоглистного препарата, такого как мебендазол (безопасно для беременных), альбендазол, диэтилкарбамазин, ивермектин или празиквантел , в большинстве случаев убивает паразитов. В течение нескольких дней после искоренения все еще возможно аутоинфекция яиц «стул в рот». Без лечения заражение может длиться годами.

Профилактика кишечных глистов

Следующие элементы должны препятствовать привлечению кишечных паразитов:

  • Мойте руки после посещения туалета, прикосновения к земле или домашним животным и перед едой
  • Скажите детям, чтобы они не касались руками рта и носа
  • Не ходить босиком и не купаться в озерах в тропических районах
  • Избегайте подозрительных ресторанов с плохой гигиеной
  • Хорошо готовьте мясо и рыбу

Каталожные номера:

  1. Аскаридоз.NIH.gov
  2. Общие кишечные паразиты. Medscape.com

Проверено и обновлено 7 августа 2018 г.

.

Обзор - Органоиды кишечника - Органоиды - Области интересов

Органоиды кишечника

Культуры органоидов кишечника - это трехмерные (3D) модели ткани in vitro, которые включают многие физиологически важные особенности ткани кишечника in vivo. Эти особенности включают поляризованный эпителиальный слой, окружающий функциональный просвет, и все типы клеток кишечного эпителия, присутствующие в пропорциях и относительном пространственном расположении, которые повторяют то, что наблюдается in vivo.

В течение последнего десятилетия произошел резкий сдвиг в доступности инструментов и модельных систем, используемых для изучения кишечного эпителия, с развитием и внедрением кишечных органоидных культур, занимающих центральное место в этом движении. С момента появления модели органоидов тонкого кишечника мышей в 2009 г., –1, в этой области произошел лавинообразный рост, в том числе создание условий культивирования органоидов человека, полученных из первичной ткани толстой кишки, 2 , а также плюрипотентной ткани человека. стволовые клетки (чПСК). 3 Различные экспериментальные методики также были разработаны параллельно и применены к культурам кишечных органоидов с синергетическим с научной точки зрения эффектом. Некоторые из этих методов включают новые инструменты для генетической манипуляции, 4,5 подходы к моделированию заболеваний in vitro 6–9 и инновационную систему совместного культивирования с аутологичными типами клеток 10,11 или бактериями, 12–14 а также модели вирусных инфекций. 15,16 Развитие таких методов применительно к культурам кишечных органоидов значительно увеличило полезность этой модельной системы для самых разных целей.Хотя большая часть первоначальной основы для системы культивирования органоидов изначально возникла из глубоких корней в биологии развития, система моделей созревания в настоящее время применяется в самых разных областях исследований, включая открытие новых лекарств и скрининг лекарств для конкретных пациентов, рак и иммунологию. исследования и патогенез инфекционных агентов. Число исследователей, применяющих системы культивирования кишечных органоидов для обогащения своих конкретных исследовательских программ, быстро растет как в фундаментальных исследованиях, так и в медицинском сообществе.

Эпителий кишечника

Кишечный эпителий включает несколько различных популяций клеток, включая быстро делящиеся кишечные стволовые клетки (ISC), которые облегчают типичный четырех-пятидневный цикл обновления кишечного эпителия взрослых. 17 Это свойство быстрой регенерации при кишечном застое делает кишечник уникально удобной модельной системой для биологии эпителиальных клеток и биологии взрослых стволовых клеток как внутри, так и за пределами специфического контекста функции кишечника.

Эпителий кишечника взрослого человека в основном состоит из шести типов клеток, которые расположены в структуре крипта-ворсинка 18 (Рисунок 1). В основании кишечной крипты ISCs обнаруживаются интеркалированными с клетками Панета, 17 , которым приписывают большую часть передачи сигналов, необходимых для поддержания ниши ISC. Транзитные амплифицирующие клетки представляют собой частично дифференцированные клетки, которые мигрируют вверх посредством физического механизма исключения крипт, когда ISC под ними делятся.По мере того, как эти клетки перемещаются вверх из крипты, они перемещаются по сигнальным градиентам, которые запускают их дифференцировку, давая начало типам зрелых клеток, которые населяют домен ворсинок. Зрелые клетки включают энтероциты, которые составляют большую часть эпителия ворсинок и осуществляют всасывание питательных веществ; бокаловидные клетки, которые выделяют слизь для защиты эпителиальной выстилки и помогают перемещать кишечное содержимое через просвет; и энтероэндокринные клетки, которые реагируют на химические механизмы содержимого просвета, секретируя гормоны в организм для поддержания метаболизма питательных веществ.

Рис. 1. Схема эпителия тонкой кишки, подчеркивающая идентичность и пространственное расположение ключевых типов эпителиальных клеток.

Стволовые клетки LGR5 + сохраняют свою способность к самообновлению и регенерации кишечного эпителия в первую очередь благодаря своему положению в нише стволовых клеток. 2 Кишечная ниша хорошо охарактеризована и, как было показано, состоит из пространственных градиентов высокого WNT и фактора роста эпителия (EGF), в то время как сигналы костного морфогенетического белка (BMP) подавлены.Понимание этих ниш сигнализирует о развитии условий культивирования органоидов кишечника.

Типы органоидов кишечника

Органоиды, полученные из первичных тканей кишечника

Основополагающая работа по системе культивирования органоидов кишечника, вышедшая из лаборатории Ганса Клеверса в 2009 г. -1 , описывает систему культивирования, в которой ниша стволовых клеток взрослых кишечных стволовых клеток воспроизводится in vitro.Это позволяет создать органотипические культуры эпителиальных клеток кишечника, которые поддерживают регенеративные свойства кишечника in vivo. Эти кишечные органоиды, иногда называемые энтероидами, размножаются из эпителиальных кишечных стволовых клеток, которые существуют во взрослой кишечной ткани, и как таковые образуют изолированную эпителиальную структуру в культуре. Эта модель позволяет исследовать эпителиальную систему кишечника и напрямую манипулировать передачей сигналов ниши стволовых клеток без мешающего влияния ассоциированной мезенхимы.

Первый протокол, опубликованный Sato et al. –1 описали выделение интактных кишечных крипт из кишечной ткани мыши и их последующее культивирование с образованием органоидов. Кишечные крипты встроены в купол внеклеточного матрикса Matrigel ® и погружены в питательную среду, содержащую специфические факторы роста, предназначенные для имитации передачи сигналов, присутствующих в основании кишечных крипт in vivo. Эта работа продемонстрировала, что создание кишечных органоидов возможно из отдельных отсортированных LGR5 + кишечных стволовых клеток, полученных в результате диссоциации кишечных крипт. 1 При культивировании с использованием этого метода органоиды образуют эпителиальный монослой, окружающий центральный просвет, а также зарождающиеся домены крипт, которые, как сообщается, содержат кишечные стволовые клетки и клетки Панета, составляющие их нишу. Как и в кишечном эпителии in vivo, клетки, составляющие органоидный эпителий, выталкиваются и отслаиваются в просвет органоида. Это приводит к сбору клеточного мусора в просвете со временем и связанному с этим снижению жизнеспособности культур, даже в присутствии соответствующих факторов роста.Поэтому органоидные культуры периодически пассируют, отделяя органоиды от Matrigel ® и разбивая их на фрагменты, которые пересеивают в новые культуры. Этот процесс может повторяться бесконечно с замечательной генетической стабильностью, 19 , и представляет собой эффективный метод размножения популяции кишечных стволовых клеток.

После создания этой системы культивирования для тонкого кишечника мышей она была адаптирована для создания органоидов из тонкой кишки человека, крипт толстой кишки человека и мыши и отдельных стволовых клеток кишечника. 2,20 Хотя органоиды, полученные из крипт кишечника и толстой кишки, имеют много общих характеристик, они также обнаруживают значительные различия. Они отражаются в клеточной динамике тканей in vivo, а также в ответе тканеспецифичных взрослых стволовых клеток на специфические концентрации сигнала ниши, присутствующие в среде для культивирования клеток. Как правило, в то время как культуры органоидов тонкого кишечника мышей имеют тенденцию обнаруживать обширное почкование криптоподобных доменов, органоиды толстой кишки, происходящие из крипт как мыши, так и человека, имеют тенденцию демонстрировать более кистоподобную морфологию со значительно менее выраженным почкованием или отсутствием почкования.Точно так же существует повышенная потребность в передаче сигналов WNT при культивировании органоидов человека по сравнению с мышами. 2 Это вызывает повышенную пролиферацию стволовых клеток и приводит к более кистозному фенотипу для культур органоидов кишечника человека по сравнению с соответствующими органоидами мыши.

Было много улучшений и модификаций базовой методологии культивирования, впервые разработанной для органоидов кишечного эпителия мыши и человека. Эти последующие исследования представили методологии для специальной адаптации системы культивирования для тканей пациентов, полученных из опухоли, с различными зависимостями от факторов роста 21,22 ; выращивание органоидов в форматах, подходящих для скрининга соединений со средней и высокой пропускной способностью 23,24 ; и использование определенных систем внеклеточного матрикса, 25 среди других приспособлений для конкретных приложений.

Органоиды, полученные из плюрипотентных стволовых клеток

Вскоре после внедрения системы культивирования органоидов, полученных из стволовых клеток кишечника, была опубликована методология культивирования органоидов кишечника человека, полученных из плюрипотентных стволовых клеток (чПСК), в которой использовалась большая часть той же методологии для трехмерной культуры органоидов. 3 В отличие от органоидов кишечного эпителия, выращенных из изолированных крипт или LGR5 + кишечных стволовых клеток, кишечные органоиды, полученные из дифференцированных hPSC, включают мезенхимный компартмент, который способствует передаче сигналов в нишах кишечных стволовых клеток, присутствующих в культурах. 18 Органоиды кишечника, полученные в результате направленной дифференцировки hPSCs, также обладают характеристиками, напоминающими долгосрочные процессы, происходящие во время нормального развития тканей; на ранних пассажах органоиды характеризуются четко выраженным фетальным кишечным фенотипом, тогда как полное созревание кишечных эпителиальных клеток до сих пор возможно только путем трансплантации органоидов в капсулы почек мыши. 26 Повторение развития кишечника в органоидной системе, полученной из hPSC, делает эту модель отличным инструментом in vitro для исследования этапов развития кишечника в экспериментальной системе, которой легко манипулировать. 18 Кроме того, эта система позволяет получать органоиды от отдельных пациентов без необходимости биопсии кишечника или толстой кишки, что делает ее полезным инструментом для исследования фенотипических свойств кишечного эпителия людей с широким спектром генетических характеристик.

Протокол создания кишечных органоидов из недифференцированных клеток включает дифференцировку hPSCs в дефинитивную энтодерму и инициирование спецификации средней / задней кишки в виде монослойной культуры посредством индукции судьбы кишечника в 3D-культуре в виде кишечных органоидов. 3 Интересно, что формирование 3D-культур происходит в этих культурах спонтанно в ходе направленной дифференцировки в заднюю кишку; сфероиды, демонстрирующие маркеры задней кишки, выходят из монослойных культур и могут быть легко выделены из супернатантов культур. Подобно органоидам первичного тканевого происхождения, частично дифференцированные сфероиды затем внедряются в купола Matrigel ® и инкубируются в среде для культивирования клеток, которая способствует их дифференцировке в кишечные клоны и последующему частичному созреванию. 3

Экспериментальные методы, применяемые к органоидным культурам

Широкое распространение и применение культур органоидов кишечника в самых разных областях в значительной степени связано с множеством экспериментальных инструментов и подходов, которым эти культуры поддаются. С момента внедрения базовой методологии культивирования органоидов было много достижений как в разработке, так и в проверке различных методов в системе моделей кишечных органоидов.

Генетическая манипуляция

Ключевой функцией кишечной органоидной системы является способность манипулировать генетической идентичностью клеток, составляющих культуру, особенно по сравнению с проблемами или невозможностью подобных манипуляций, выполняемых в моделях in vivo. Культурами кишечных органоидов можно манипулировать генетически с помощью различных средств, включая введение генетического материала через ретро-, адено- и лентивирусную инфекцию 27–29 или электропорацию, 30 , а также специфический сайт-направленный мутагенез с использованием CRISPR Техника редактирования гена Cas9. 31 После применения определенной техники генетической модификации культуры органоидов могут быть восстановлены клонально из одноклеточных суспензий отсортированных стволовых клеток 1,2 или целых диссоциированных органоидов, что позволяет изолировать желаемый генетический вариант для дальнейшего размножения в 3D культура. Для модели кишечника мышей это дает значительное преимущество по времени и энергии, необходимым для создания особой линии мышей с нокаутом. Для модели кишечника человека способность манипулировать генетическим составом клеток in vitro дает возможность осуществлять такой уровень контроля над генетическим составом модели, который в противном случае был бы невозможен с использованием традиционных методов первичной клеточной культуры или иммортализованных клеточных линий. ,

В дополнение к их совместимости с прямой генетической манипуляцией in vitro, культуры органоидов также являются высокоинформативным способом изучения ранее существовавших нокаутных моделей для исследования механизмов конкретных клеточных процессов или патологий болезней.

Биобанки

Культуры кишечных органоидов обладают высокой проходимостью, сохраняя при этом замечательный уровень генетической и фенотипической стабильности. 32 Однако иногда бывает выгодно создать статическую библиотеку органоидных культур путем криоконсервации культур. Это особенно верно в контексте создания криоконсервированных библиотек органоидов, полученных от пациентов, которые сохраняют свойства исходной культуры и могут использоваться в таких приложениях, как доклинический скрининг эффективности лекарств. 23 Оттаявшие клетки обычно имеют короткий период восстановления (от одного до двух пассажей), в течение которого они демонстрируют сниженную скорость роста, а после этого они возобновляют динамику роста до замораживания.

Системы совместного выращивания

Возможность изучать взаимодействие эпителиальных клеток, которые образуют основу системы культивирования органоидов кишечника, с другими специфическими типами клеток, которые могут быть введены в систему культивирования, составляет еще одно существенное преимущество системы модельных органоидов. Выделение эпителия (или эпителия с ассоциированной мезенхимой в случае органоидов, полученных из hPSC) от других систем организма в системе органоидной культуры представляет собой преимущество с точки зрения экспериментальной специфичности, но также и ограничение в отношении исследования специфических взаимодействий между этим эпителием и другие аутологичные или чужеродные клетки.Этот вопрос решается путем постоянного развития новых систем совместного культивирования органоидов кишечника с различными другими типами клеток. Органоиды кишечника культивировали с иммунными клетками 10,11,33 путем введения неэпителиальных клеток во внеклеточный матрикс, поддерживающий культуру органоидов, таким образом повторяя взаимодействия, которые, как ожидается, будут иметь место на базолатеральной стороне эпителия. Функциональная кишечная нервная система также была создана посредством совместного культивирования органоидов, полученных из hPSC, и клеток нервного гребня, создав модель, позволяющую изучать нарушения моторики желудочно-кишечного тракта человека. 34 Точно так же живые бактерии были введены в просвет органоидных культур посредством микроинъекции для моделирования взаимодействий, которые происходят на апикальной стороне эпителия in vivo. 12–14 Органоиды также прошли валидацию в качестве модельных систем вирусной инфекции. 15,16

Аппликации органоидов кишечника

Клеточная биология

Корни системы органоидной культуры лежат в сообществе биологов развития.В то время как эта область исследований предоставила информацию о факторах, необходимых для разработки систем моделей органоидных культур, кишечные органоидные культуры теперь возвращают ценную информацию о траектории развития ткани, для моделирования которой они были разработаны. 35 Это особенно верно для кишечных органоидов, происходящих из hPSC, которые следуют общим путям развития кишечника во время своего становления 3 и поддерживают фенотип, подобный эмбриональному, в культуре органоидов. 36 Большая полезность органоидных культур в этом контексте отчасти заключается в легкости доступа к континууму временных точек развития, что резко контрастирует с тем, что в других случаях доступно в отношении человеческих образцов.

Возможно, наиболее очевидное применение культур органоидов кишечника - это in vitro модельная система кишечного эпителия. Поскольку обе эти культуры включают все типы эпителиальных клеток, присутствующих в ткани in vivo, и воспроизводят многие, если не большую часть динамики внутри- и внутриэпителиальных клеток, которые происходят in vivo, культуры органоидов кишечника представляют собой ценный экспериментальный инструмент для исследования эпителия кишечника. клеточная биология. Таким образом, эта модельная система in vitro недавно была использована для исследования регенерации кишечника, 37,38 ниша стволовых клеток кишечника, 39–44 воспаление кишечника, 9,45–48 частота мутаций стволовых клеток кишечника 49 и функции терминально дифференцированных эпителиальных клеток кишечника (например,чувствительность к питательным веществам и секреция гормонов). 50–52

Органоиды кишечника, в частности, среди систем культивирования органоидов, также находят применение вне тканеспецифических биологических процессов и условий. Это происходит из-за активной популяции стволовых клеток и, как следствие, высокого обновления кишечного эпителия по сравнению со многими другими тканями. Активная природа ниши кишечных стволовых клеток дает ей большую полезность в качестве модельной системы для исследования более общих вопросов, касающихся биологии взрослых стволовых клеток или биологии эпителиальных клеток.Конкретные примеры приложений, в которых эта технология была недавно применена, включают исследование общих механизмов между пролиферацией взрослых стволовых клеток и раком, 53 механизмов деградации белка, 54 и поляризации эпителия. 55

Моделирование заболеваний

Культуры кишечных органоидов в настоящее время используются для моделирования кишечных заболеваний, а также заболеваний эпителия других тканей. Например, органоиды, выращенные у пациентов, несущих мутации в гене миозина 5b, могут использоваться в качестве модели болезни включения микроворсинок (MVID), которая приводит к неправильной локализации белков на апикальной поверхности кишечного эпителия и поляризации энтероцитов. 8 Эта модель позволила получить органоиды у пациентов, проявляющих симптомы MVID, но не несущих мутаций в гене миозина 5b. При секвенировании эти образцы идентифицировали ген синтаксина 3 как способствующий потере микроворсинок.

Культуры могут быть получены из соседней здоровой и больной (онкогенной) ткани, полученной от одного и того же пациента, 23 подход, который позволяет оценивать состояние болезни при одновременном контроле потенциально мешающих факторов в здоровом специфическом генетическом фоне.Анализ генетического состава этих уникальных опухолей позволяет установить корреляцию между органоидным фенотипом и конкретными комбинациями мутаций. Многочисленные исследования продемонстрировали как обнаружение мутаций в комбинации APC, KRAS, SMAD4 и TP53, 21 , так и использование редактирования генов с помощью системы CRISPR / Cas9 для моделирования последовательности аденома-карцинома. 31

Ободочную кишку также можно использовать для моделирования заболеваний, не специфичных для кишечника, таких как кистозный фиброз, который обычно проявляется в легких в результате мутаций трансмембранного рецептора кистозного фиброза (CFTR).Биопсии пациентов, несущих мутации в гене CFTR, не отвечают на анализ органоидного набухания, что позволяет точно идентифицировать такие мутации. 56

Разработка и проверка лекарственных средств

Одним из наиболее многообещающих аспектов исследований с использованием органоидов в качестве модели является возможность скрининга культур, полученных из индивидуальных образцов тканей пациента, на предмет воздействия внешних воздействий. Благодаря короткому времени культивирования и возможности увеличения размеров образцов культивирование органоидов уже использовалось при скрининге конкретных пациентов.Например, ранее упомянутый анализ набухания CFTR, разработанный Бикманом и его коллегами, 56 , который обеспечивает считывание реакции на текущие лекарства или комбинации лекарств, которые улучшают транспорт хлорида через ионные каналы у пациентов с муковисцидозом. В первом испытании анализа набухания CFTR была идентифицирована комбинация лекарств, способная очистить большую часть слизи, накопившейся в легких пациента, что, таким образом, является доказательством принципиальной схемы эксперимента, которая в настоящее время движется к внедрению в правительственные платформы скрининга.

Ключевым аспектом, который все еще оптимизируется в условиях культивирования органоидов, является переход к высокопроизводительному скринингу. Шаги в этом направлении были недавно продемонстрированы разработкой автоматизированной платформы в 384-луночном формате для культур органоидов, полученных из образцов тканей пациентов с раком толстой кишки. 24 Эти органоиды были подвергнуты воздействию различных лекарственных соединений, и анализ был подтвержден на надежность и воспроизводимость, что позволило получить систему, которая обеспечивает большую физиологическую значимость, чем 2D-культуры, без ущерба для способности скрининга.

Взаимный подход направлен на более конкретные методы лечения мутационного состава библиотек образцов пациентов с использованием конкретного препарата. Группа ван Лохуйзена лечила органоидные культуры, полученные с использованием образцов тканей, взятых у 18 пациентов с диагнозом колоректальный рак, с помощью ингибитора EZh3, GSK126. 28 Хотя наблюдались разнообразные ответы, были обнаружены ассоциации с ATRX и PAX2, а также корреляция с экспрессией BIK и Nutlin-3A.Эти результаты демонстрируют возможность апстрима фармацевтических разработок на основе скрининга библиотеки органоидов пациентов.

Перспективы органоидов кишечника

После недавнего открытия, что кишечные стволовые клетки могут создавать органоидные структуры, повторяющие кишечник млекопитающих, исследовательское сообщество быстро приняло эту органоидную модель. Такому быстрому принятию органоидов в качестве инструмента исследования способствовали два ключевых аспекта: физиологическое значение для кишечника и усовершенствования по сравнению с традиционными двумерными системами культивирования.Для трансляционных исследований органоиды обеспечивают возможность высокопроизводительного анализа образцов от отдельных пациентов, устраняя разрыв между фундаментальными исследованиями и точной медициной. Возможность создания образцов для маркерного или геномного анализа, а также для лечения лекарственными средствами или небольшими молекулами возможна в одном и том же экспериментальном дизайне.

Эти культуры также обещают расширить понимание базовой биологии стволовых клеток, что станет необходимым дополнением к трансляционным исследованиям.По самой природе системы культивирования ранние деления стволовых клеток и формирование тканей будут доступны для экспериментального анализа и манипуляции посредством редактирования гена CRISPR / Cas9.

По мере создания большего количества систем на основе органоидов становится возможным объединение нескольких конкретных типов клеток в одни и те же органоиды. Это совместное культивирование позволит идентифицировать специфические роли каждой ниши компонентных стволовых клеток, а также кооперативные и необходимые роли отдельных систем.

Применение системы органоидных культур продолжает расширяться, и по мере этого будет улучшаться наше понимание сложных взаимодействий органов, составляющих человеческое тело, механизмов, которые не работают при определенных заболеваниях, и способности быстро лечить пациентов с этими заболеваниями. ,

,Мини-обзор

: Культура органоидов кишечника

Эпителий кишечника

Люминальная поверхность кишечного тракта млекопитающих состоит из одного слоя быстро самообновляющихся эпителиальных клеток, которые могут быть полностью восполнены в течение пяти дней. 1 Эпителий делится на две отдельные области, которые обозначаются доменами крипты и ворсинки. Домен крипт расположен в самой базальной части кишечного эпителия и находится в прямом контакте с базальной мембраной.Крипты содержат стволовые клетки кишечника (ISC). Напротив, домен ворсинок расположен на апикальной поверхности кишечного эпителия и состоит из нескольких типов дифференцированных клеток. 1

Существует пять преобладающих типов клеток, которые составляют эпителий кишечника. 1 Пролиферативные стволовые клетки расположены в терминальной области крипты и фланкированы клетками Панета, которые секретируют цитокины, которые помогают поддерживать нишу стволовых клеток.Клетки Панета также ответственны за секрецию антимикробных пептидов. 1 Стволовые клетки делятся симметрично и либо обновляют популяцию стволовых клеток в основании крипты, либо начинают дифференцироваться, становясь частью быстро делящейся транзитной усиливающейся популяции крипты, в зависимости от конкретного местоположения делящейся стволовой клетки в крипте. Транзитные амплифицирующие клетки движутся апикально к ворсинкам, где они окончательно дифференцируются в абсорбирующие энтероциты, энтероэндокринные клетки, секретирующие гормоны, или бокаловидные клетки, секретирующие слизь.Зрелые эпителиальные клетки продвигаются вверх по ворсинкам, где они в конечном итоге отслаиваются от кончика ворсинок в просвет. 1

Лишь недавно популяция пролиферативных стволовых клеток кишечника взрослого была окончательно идентифицирована в экспериментах по отслеживанию клонов как состоящая из столбчатых клеток, которые интеркалированы с клетками Панета в основании крипт. 2 Эти клетки экспрессируют LGR5, белок в сигнальном пути WNT, и могут давать начало всем типам клеток кишечника взрослого человека.Дальнейшие исследования показали, что популяции стволовых клеток, расположенных за пределами основания крипты, особенно клетки в положении +4 крипты, могут превращаться в мультипотентные стволовые клетки при повреждении кишечника. 3 Эти данные демонстрируют пластичность стволовых клеток и клеток-предшественников в ткани кишечника, которая необходима для поддержания гомеостаза в суровых условиях просвета кишечника.

Стволовые клетки LGR5 + сохраняют свою способность к самообновлению и регенерации кишечного эпителия в первую очередь благодаря своему положению в нише стволовых клеток. 4 Кишечная ниша хорошо охарактеризована и, как было показано, состоит из пространственных градиентов высокого WNT и фактора роста эпителия (EGF), в то время как сигналы костного морфогенетического белка (BMP) подавлены. 5 Изучение этой определенной ниши привело к модели нейтрального дрейфа. В рамках этой модели стволовые клетки делятся симметрично в пространственно ограниченной нише. Эта пролиферация обязательно приводит к удалению некоторых стволовых клеток из ниши, в то время как оставшиеся стволовые клетки сохраняют свое положение в основании крипт и, следовательно, сохраняют свою «стволовость». 6 Со временем стволовые клетки в данной крипте дрейфуют в сторону клональности, поскольку потомство соседних стволовых клеток исключается из ниши.

Детальные знания, которые были собраны ранее относительно клеточных линий и функций кишечного эпителия в сочетании с постоянно обновляющейся природой этой ткани, делают эту систему привлекательной модельной системой для изучения общих характеристик эпителиальных тканей и взрослых стволовых клеток, а также специфические характеристики слизистой оболочки кишечника, связанные с заболеванием и дизайном лекарств.

История органоидов кишечника

Исследования с использованием генетических манипуляций с моделями мышей и иммортализованными клеточными линиями, такими как линия аденокарциномы CACO-2, дали значительное понимание функции кишечника, включая роль отдельных типов клеток, составляющих эту эпителиальную ткань. 7 Частично благодаря этим знаниям может быть разработана ex vivo долгосрочная модель кишечного эпителия, начатая с нативных, нетрансформированных первичных клеток.Ранние попытки создать такую ​​культуральную систему привели к моделям, в которых кишечные стволовые клетки могли временно делиться, но теряли способность к пролиферации в течение нескольких недель. 8,9

Первый опубликованный отчет о культуральной системе, которая может способствовать долгосрочному выживанию кишечных стволовых клеток, был сделан группой доктора Кальвина Куо. 10 Посредством культивирования фрагментов кишечника, содержащих эпителиальные и мезенхимальные клетки, от новорожденных мышей Ootani et al.разработал модель интерфейса воздух-жидкость, которая при добавлении фетальной бычьей сыворотки образовывала кистообразные структуры, содержащие все основные типы клеток кишечника взрослой мыши. При правильном кормлении эти культуры могут сохраняться более одного года. 10

В том же году группа доктора Ханса Клеверса опубликовала альтернативный метод культивирования кишечных крипт, в котором отсортированные одиночные клетки LGR5 + из кишечника взрослой мыши использовали в качестве исходного материала для модели культуры ткани ex vivo.Вместо границы раздела воздух-жидкость, эта система имитировала внеклеточный матрикс путем культивирования крипт в полутвердом, богатом ламинином / коллагеном полушарии Matrigel®. Использовали среду для культивирования клеток, имитирующую нишу стволовых клеток в крипте, которая в сочетании с полутвердым матриксом обеспечивала возможность длительного культивирования этих клеток. По сравнению с кистозными структурами, описанными Ootani et al., 10 , эти «органоиды» содержали центральный просвет, окруженный «зачатками», которые представляют собой кишечные крипты (Рисунок 1).Эти криптоподобные домены функционально подобны доменам кишечника взрослого человека, поскольку делящиеся стволовые клетки LGR5 + интеркалируются клетками Панета и располагаются в основании крипт. Следовательно, эти органоиды представляют собой физиологически значимый фенотип. В системе, разработанной группой Клеверса, стволовые клетки LGR5 + делятся с образованием популяции самообновляющихся стволовых клеток, а также клеток, которые окончательно дифференцируются в энтероциты, энтероэндокринные клетки или бокаловидные клетки.Окончательно дифференцированные клетки в конечном итоге вытесняются в просвет из ворсиноподобного домена, имитируя физиологический оборот взрослого кишечного эпителия. Органоиды, культивируемые таким образом, также могут сохраняться неограниченное время с периодической диссоциацией и пассированием клеток (рис. 2). 5 Таким образом, это достижение представляет собой создание новой модельной системы, которая объединяет многие физиологические свойства моделей мышей in vivo с простотой культивирования и возможностью манипулировать конкретными переменными в клеточной среде, которые типичны для моделей культур клеток in vitro. ,

Рисунок 1. Морфология органоидов кишечника.

Схема зрелого кишечного органоида (слева) и изображение в светлом поле зрелого кишечного органоида (день 5) мыши (справа). Центральный просвет окружен эпителиальным монослоем с почкующимися криптоподобными доменами.

Рисунок 2. Прохождение органоидов кишечника.

Репрезентативные изображения органоидов кишечника мышей из исходных крипт: пассаж 0 - день 3, пассаж 1 - день 3, пассаж 2 - день 3, пассаж 5 - день 3, демонстрирующие сохранение фенотипа почкования (масштабная полоса = 200 мкм).

Культивирование органоидов кишечника

Разработка более последовательной и стабильной среды для культивирования клеток, которая позволяет криптоподобным структурам органоидов кишечника сохранять свою стволовость, была ключевым фактором в обеспечении успешного культивирования органоидов.Ниша кишечных стволовых клеток требует точного градиента активности множества сигнальных путей для поддержания надлежащего гомеостаза кишечника. Среда для культивирования клеток, опубликованная доктором Тоширо Сато из группы Клеверса, имитирует эту среду, включая цитокины EGF и R-Spondin1 для активации путей EGF и WNT, соответственно, а также Noggin для ингибирования передачи сигналов BMP. 5

Использование кишечных органоидов в качестве модельной системы культуры

Органоиды - ценная модель для изучения биологии эпителиальных стволовых клеток, а также структурных и функциональных механизмов кишечника.Хотя эта технология все еще находится в зачаточном состоянии, уже были предприняты различные исследования, подтверждающие правильность концепции, которые подтверждают широкий спектр приложений. Органоиды, выращенные из кишечных крипт мышей, могут подвергаться изменениям в экспрессии генов в результате трансфекции ДНК или малой интерферирующей РНК, а также вирусной инфекции адено- или лентивирусом. 11 Быстрое распространение органоидов в культуре позволяет использовать их в различных аналитических процедурах, включая микроматрицы, секвенирование, иммуногистохимию и масс-спектрометрию. 12,13 Органоиды также можно замораживать для длительного хранения. Некоторые недавние исследования с использованием органоидных культур можно сгруппировать в следующие категории исследований:

Биология стволовых клеток

Незадолго до развития органоидных культур мечение клеток и анализ клональных клеток привели к более окончательному пониманию динамики стволовых клеток в кишечном крипте. Было известно, что популяция LGR5 + в основании крипт подвергается стохастическим симметричным делениям, которые поддерживают пул стволовых клеток и популяцию, усиливающую транзит. 6,14 Последующие исследования с использованием органоидов выявили сложную роль интеркалирующих клеток Панета в поддержании стволовых клеток. Истощение клеток Панета соответствует потере + клеток LGR5 из основания крипты. 15 Было показано, что клетки Панета секретируют цитокины, такие как WNT, которые необходимы для поддержания ниши стволовых клеток. Было также продемонстрировано, что эти клетки проявляют дифференциальную чувствительность к бактериальным лигандам, цитокинам и мускаринергической стимуляции. 15,16 По мере того, как становится яснее понимание специфических ролей отдельных типов клеток, может оказаться возможным нацелить эти клетки на лечение заболеваний, возникающих из-за их аномалий. Примером такого нацеливания может быть терапия, направленная на мутации клеток Панета при воспалительном заболевании кишечника.

Болезни человека

Система культивирования органоидов включает в себя ключевые атрибуты, которые делают ее ценным инструментом для изучения болезней человека: во-первых, органоиды были получены из стволовых клеток кишечника, выделенных из биоптатов пациентов; 17,18 и вторые, отдельные отсортированные клетки EPHB2 + , которые располагаются в основании крипт, могут расти в органоидные культуры. 18 Такие органоиды можно использовать для изучения клеточных механизмов, лежащих в основе кишечных заболеваний, путем изучения экспрессии генов или манипуляций с ними.

Подавление механизмов, контролирующих пролиферацию и гибель клеток, играет роль во многих кишечных заболеваниях. Такие заболевания, как болезнь Крона, язвенный колит, целиакия и сепсис, приводят к неконтролируемой активации иммунной системы, что в конечном итоге приводит к повреждению кишечника. Микроскопия и колориметрические анализы с использованием кишечных органоидов были разработаны для изучения функции генов в выживании и гибели эпителиальных клеток. 19

Органоиды также являются ценным инструментом для изучения механизмов рака кишечника ex vivo. Органоиды кишечника мышей, дефицитные по гену аденоматозного полипоза coli (Apc), демонстрируют конститутивно активную передачу сигналов WNT и являются канцерогенными при введении голым мышам, давая высокопролиферативные канальцевые эпителиальные железы, сопровождаемые выступающей стромальной тканью. 15 Дальнейшие исследования позволили проанализировать взаимодействия между сигнальными путями MAPK и WNT при прогрессировании опухоли.Онкоген BRAF является наиболее распространенной мутацией в зубчатых аденомах на сидячей мышце, и его избыточная экспрессия у трансгенных мышей приводит к усилению активности MAPK. Органоиды, полученные от мышей, несущих мутацию BRAFV600K, демонстрируют быстрое развитие генерализованной зубчатой ​​дисплазии, а также демонстрируют истощение пула стволовых клеток в основаниях доменов крипт. Было обнаружено, что этой потере стволовых клеток противодействует активность WNT / бета-катенина, демонстрируя возможный отказоустойчивый механизм, в котором передача сигналов MAPK / BRAF защищает ткань кишечника от онкогенной активации. 20

Архитектура модели органоидов также подходит для исследований, специфичных для иммунной системы. Wilson et al. обратились к антимикробному ответу клеток Панета путем создания модели кишечной инфекции, включающей инъекцию бактериального патогена непосредственно в просвет органоидов. 21 Эта техническая разработка предлагает новую модель для исследования взаимодействий хозяин-микроб.

Генная терапия

Органоиды могут быть подвергнуты вирусному заражению определенными векторами.Органоиды также могут быть трансплантированы мышам-реципиентам после того, как было вызвано повреждение кишечника. 22 Эти два атрибута позволяют решать вопросы, связанные с исправлением конкретных болезнетворных мутаций. Поскольку органоиды могут быть выращены из отдельных стволовых клеток, клональные органоиды могут быть созданы и проанализированы после трансфекции. Это позволяет осуществлять точную трансплантацию органоидов с надлежащей интеграцией введенного генетического материала и является убедительным аргументом в пользу органоидов как терапевтического инструмента на основе клеток.Два недавних исследования были сосредоточены на разработке анализа и последующей генной заместительной терапии рецептора трансмембранной проводимости при муковисцидозе (CFTR) с использованием органоидных культур в качестве неотъемлемых компонентов. Dekkers et al. разработали анализ на основе органоидов, в котором добавление лекарственного средства форсколина вызывало цАМФ-индуцированное быстрое набухание органоидов дикого типа в образцах кишечника мыши и человека. Они продемонстрировали, что вызванное лекарством набухание было значительно уменьшено у мышей, несущих мутацию F508del в CFTR, тем самым установив методологию оценки генной терапии, направленной на мутацию CFTR. 23 Schwank et al. использовали этот анализ и использовали систему CRISPR / CAS9, в которой посредством индуцированной гомологичной рекомбинации они могли специфически корректировать аллель CFTR F508del. Органоиды, несущие спасенный аллель, восстановили способность набухать под действием форсколина, демонстрируя доказательство принципа генной заместительной терапии. 24

Другие приложения

Помимо исследований конкретных сигнальных путей, органоиды также предоставляют возможность для широкомасштабного скрининга лекарств.Скрининг на основе органоидов может быть либо дополнительным к двумерному скринингу, выполняемому с использованием клеток CACO-2, либо служить для замены этих анализов на основе клеточных линий более физиологически релевантной модельной системой. 25 Были проведены экспериментальные эксперименты с использованием органоидов для исследования влияния малых молекул на физиологию стволовых клеток. Например, обработка органоидов комбинацией вальпроевой кислоты и малых молекул, ингибирующих GSK3Beta и гистондеацетилазу, привела к значительному увеличению количества стволовых клеток LGR5 + и 100-кратному увеличению эффективности образования колоний, что предполагает роль этих молекул в стволовых клетках. поддержание. 26 Дальнейший первичный скрининг воздействия малых молекул на органоиды дикого типа и больные органоиды может оказаться инструментом прогнозирования для расширения существующих методик ADMET (адсорбция, распределение, метаболизм, экскреция, токсикология). Spence et al. продемонстрировали, что образование органоидов не ограничивается выделением стволовых клеток из первичных тканевых источников. Эта группа продемонстрировала способность направлять дифференцировку плюрипотентных стволовых клеток человека в органоиды кишечника in vitro с использованием временной серии манипуляций с факторами роста, которые имитируют сигналы, присутствующие во время эмбрионального развития кишечника.Эти кишечные органоиды человека отличаются от органоидов, выращиваемых непосредственно из кишечной ткани, поскольку они содержат мезенхимальный слой, который развивается вместе с эпителием так же, как это наблюдается во время эмбрионального развития. 27

Способность выращивать органоиды, генетически идентичные индивидуальным пациентам, представляет собой грандиозный шаг к неуловимым обещаниям диагностики заболеваний отдельных пациентов. Культуры органоидов могут быть получены из нормального и опухолевого кишечника человека, что делает концептуальную возможность использовать эти культуры для скрининга определенных опухолевых мутаций и разработки более индивидуальных вариантов лечения.Фонд HUB Foundation for Organoid Technology (http://hub4organoids.eu) является примером организации, пытающейся создать библиотеку органоидов человека или «биобанк», состоящую из сопоставленных биопсий здоровых и больных пациентов, которые могут быть подвергнуты нескольким методам скрининга. ,

С момента первого сообщения о том, что кишечные стволовые клетки можно культивировать ex vivo, было опубликовано множество публикаций, демонстрирующих будущую применимость этой технологии в ряде областей, некоторые из которых были рассмотрены здесь.Ключевым фактором раннего успеха этого нового метода культивирования является то, насколько точно он воспроизводит структурные и функциональные аспекты эпителия кишечника млекопитающих. Одним из наиболее интересных аспектов технологии органоидов является способность адаптировать этот метод органотипической культуры к другим типам тканей. На сегодняшний день культуры органоидов были получены из тканей, происходящих из печени, 28 поджелудочной железы, 29 пищевода Барретта, 17 тонкой кишки, 17,18 толстой кишки, 17,18 головного мозга, 30 легкого 31 и простаты, 32,33 , а также из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток. 27,34,35,36 Способность воспроизводить известные функции этих тканей при изучении новых трансляционных аспектов, таких как трансплантация, делает органоиды чрезвычайно захватывающей технологией.

Список литературы

  1. van der Flier LG и Clevers H. Annu Rev Physiol 71: 241-260, 2009
  2. Barker N, et al. Природа 449: 1003-1007, 2007
  3. Buczacki SJA, et al. Природа 495: 65-69, 2013
  4. Barker N, et al. Гены Дев 22: 1856-1864, 2008
  5. Sato T, et al.Природа 459: 262-265, 2009
  6. Snippert HJ, et al. Ячейка 134-144, 2010
  7. Sambuy Y, et al. Cell Biol Toxicol 21: 1-26, 2005
  8. Evans GS, et al. J Cell Sci 101: 219-231, 1992
  9. Fukamachi H.J Cell Sci 103: 511-519, 1992
  10. Ootani A, et al. Нат Мед 15: 701-706, 2009
  11. Koo B-K, et al. Нат Методы 9: 81-83, 2012
  12. Сато Т. и Клеверс Х. Наука 340: 1190-1194, 2013
  13. Леушак М. и Баркер Н.Кишечник 63: 1345-1354, 2014
  14. Baker A-M, et al. Cell Rep 8: 940-947, 2014
  15. Sato T, et al. Природа 469: 415-418, 2011
  16. Farin HF и др. J Exp Med 211: 1393-1405, 2014
  17. Sato T, et al. Гастроэнтерология 141: 1762-1772, 2011
  18. Jung P, et al. Нат Мед 17: 1225-1227, 2011
  19. Grabinger T, et al. Cell Death Dis 5: e1228, 2014
  20. Riemer P, et al. Онкоген, 2014
  21. Wilson SS, et al.Иммунол слизистой оболочки, 2014
  22. Yui S, et al. Нат Мед 18: 618-623, 2012
  23. Dekkers JF, et al. Нат Мед 19: 939-945, 2013
  24. Schwank G, et al. Стволовые клетки клетки 13: 653-658, 2013
  25. Ranga A, et al. Adv Drug Deliv Rev 69-70: 19-28, 2014
  26. Инь X и др. Нат. Мет 11: 106-112, 2014
  27. Spence JR, et al. Природа 470: 105-109, 2011
  28. Huch M, et al. Природа 494: 247-250, 2013
  29. Huch M, et al.EMBO J 32: 2708-2721, 2013
  30. Lancaster MA, et al. Nature 501: 373-379, 2013
  31. Chapman HA, et al. J Clinic Invest 121: 2855-2862, 2011
  32. Gao D, et al. Ячейка 159: 176-187, 2014
  33. Karthaus WR, et al. Ячейка 159: 163-17520, 2014
  34. McCracken KW, et al. Nat Protoc. 6 (12): 1920-28, 2011
  35. Watson CL, et al. Nat Med. 20 (11): 1310-14, 2014
  36. McCracken KW, et al. Природа [Epub перед печатью], 2014
.

Ваше полное руководство по кишечным паразитам: что это такое, симптомы и способы лечения

Есть два типа распространенных паразитарных инфекций:

Гельминты:

Эти паразитические черви живут в желудочно-кишечном тракте и, хотя обычно они не вызывают острых проблем со здоровьем, они могут способствовать долгосрочным, иногда серьезным, хроническим проблемам со здоровьем, поскольку истощают ресурсы организма. Наиболее распространенными гельминтами являются ленточные черви, круглые черви, плоские черви, анкилостомы и власоглавы.Острицы, власоглавы и анкилостомы - это все типы круглых червей (1), которые могут вызывать проблемы с пищеварением, перепады настроения, боли в животе, мозговой туман и потерю веса. Анкилостомы, в частности, могут проникать за пределы слизистой оболочки кишечника, чтобы питаться вашей кровью, что приводит к анемии.

Ленточные черви - это разновидности плоских червей, которые живут внутри вашего кишечника и могут вырастать до 35 футов в длину, откладывая около миллиона яиц в день. Они едят ту пищу, которую вы едите, и могут вызывать чувство постоянного голода и обычно заболевают от недоваренного зараженного мяса.(2)

Паразиты простейших:

Одноклеточные простейшие паразиты, такие как лямблии, могут размножаться в вашем организме и могут способствовать возникновению острых проблем со здоровьем, таких как сильная диарея. Если не лечить, это может привести к сильному обезвоживанию и даже смерти.

Как я заразился паразитом?

Вы можете подумать, что вам нужно отправиться в далекие места, чтобы заразиться паразитом, но это миф. Подсчитано, что около 37 процентов людей во всем мире (3) заражены каким-либо гельминтозным паразитом, и это происходит разными способами.

Один из наиболее распространенных способов заражения паразитом - зараженная пища, например, недоваренное мясо, или питьевая вода. Вы также можете заразиться паразитами при контакте с зараженными фекалиями (это означает: мойте руки после посещения туалета - если бы все сделали это, это могло бы значительно снизить распространение микроскопических яиц паразитов).

Но паразиты не должны быть проблемой. Поскольку они питаются тем, что вы едите, и питаются нездоровой пищей, в частности сахаром, изменение вашего рациона может помочь решить вашу проблему с паразитами.Паразиты также с большей вероятностью будут размножаться у людей с дисбалансом микробиома или ослабленной иммунной системой. Плохое здоровье - это, по сути, открытая дверь для захватчиков, чтобы они обосновались в вашем теле, поселяясь и медленно питаясь вашими внутренними ресурсами. Это может вызвать дефицит питательных веществ; подавленная иммунная система, которая может еще больше увековечить болезнь; и тяжелая дисфункция кишечника. Возможно, вы видите, что это порочный круг: плохое здоровье ослабляет иммунную систему, привлекая паразитов, а чрезмерный рост паразитов еще больше ослабляет ваше здоровье.

Полезные паразиты

Само слово «паразит» звучит опасно и разрушительно, но, хотите верьте, хотите нет, в некоторых случаях паразиты действительно могут быть полезными, особенно для людей с аутоиммунитетом. В присутствии паразитов воспалительные клетки Th2 и Th27 отключаются, подавляя хроническое воспаление и фактически увеличивая иммунно-балансирующие (регуляторные Т-) клетки. Существует так много доказательств, подтверждающих это, что глистная терапия становится все более популярной для многих людей, борющихся с аутоиммунными и другими воспалительными состояниями.Другими словами, люди целенаправленно заражаются паразитами гельминтов! Хотя это может показаться чрезмерным, исследования показали, что эта терапия может значительно уменьшить симптомы аутоиммунных состояний (4), таких как рассеянный склероз (РС), астма, воспалительные заболевания кишечника (болезнь Крона и язвенный колит) и диабет 1 типа.

Сделав еще один шаг вперед, ученые разработали так называемую гипотезу гигиены (3), которая теоретизирует, что значительное сокращение воздействия паразитов в промышленно развитых странах является основной причиной того, что заболеваемость аутоиммунными состояниями продолжает расти - состояния, которые фактически являются отсутствует в развивающихся странах, где паразиты более распространены.

Согласно этой гипотезе, большее количество санитарных условий, снижающих воздействие микроорганизмов, увеличивает вероятность того, что иммунная система станет чрезмерно реактивной, что увеличивает вероятность развития аутоиммунных заболеваний (5) в ответ на воздействие токсинов, плохое питание и другие факторы окружающей среды. Простой факт заключается в том, что на протяжении тысяч лет люди эволюционировали вместе с гельминтами, и поскольку цель любого живого существа, включая паразитов, - выжить, эти паразиты эволюционировали, чтобы терпеть и даже модулировать иммунную систему человеческого организма на избежать исключения.Если паразит может избежать атак иммунной системы, но не подавить иммунную систему до такой степени, что это поставит под угрозу здоровье хозяина (то есть вас), тогда паразит и человек могут сосуществовать.

Гельминты также могут влиять на микробиом человека - их присутствие может увеличить количество полезных бактерий в кишечнике. (6) Поскольку около 75 процентов вашей иммунной системы находится в микробиоме, гельминты способствуют здоровому функционированию во многих отношениях. Это почти заставляет вас пойти поиграть в грязь, снова помирись с этими дружелюбными паразитами.

Гельминтная терапия не широко доступна в Соединенных Штатах, но является новой терапией в мире холистической и функциональной медицины. Если вы хотите попробовать эту терапию, важно работать с уважаемым доктором. Никогда не покупайте гельминты через Интернет, поскольку существует множество возможных побочных эффектов, и делать это следует только под наблюдением опытного практикующего врача.

Лабораторные тесты на паразиты

Если вы подозреваете, что ваши симптомы вызваны паразитарной инфекцией, есть несколько способов узнать наверняка, чтобы вы и ваш врач могли соответственно начать целевое лечение.Вот тесты, которые я использую для выявления паразитарной инфекции:

1. Комплексный тест стула . Этот тест ищет яйцеклетки или яйца паразита в вашем стуле, чтобы определить наличие инфекции.

2. Эндоскопия и колоноскопия . Если анализ стула не обнаруживает каких-либо паразитов, но ваш врач все еще подозревает наличие инфекции, он или она может осмотреть ваш кишечник с помощью камеры, расположенной на конце трубки, вводимой через ваш рот (эндоскопия) или прямую кишку (колоноскопия), чтобы ищите признаки паразитов.

3. Анализы крови . Анализы крови позволяют выявить определенные типы паразитарных инфекций. Серологический тест ищет антитела, образующиеся при заражении организма паразитом, а мазок крови ищет паразитов в крови, исследуя образец под микроскопом.

Как вылечить паразитарную инфекцию

В традиционной медицине противопаразитарные препараты, такие как празиквантел и мебендазол, являются первой линией защиты. Проблема в том, что эти препараты могут вызывать множество неприятных побочных эффектов (7), которые могут быть почти такими же серьезными, как и сама паразитарная инфекция, включая тошноту, рвоту, головные боли, потерю веса и бессонницу.Ущерб, причиненный паразитами до лечения, определит, нужно ли вам дополнительное фармацевтическое вмешательство, но есть много натуральных трав, которые обладают мощными антипаразитарными свойствами. Это отличные варианты, если вы хотите использовать полностью естественный подход или принимать что-то вместе с противопаразитарными препаратами в соответствии с рекомендациями врача.

Вот некоторые из тех, что мне нравятся моим пациентам:

Что нужно знать, если вы лечите паразитарную инфекцию способом, который быстро устраняет паразитов: возможность реакции Яриша-Герксхаймера.Когда вы пытаетесь убить и избавиться от паразитов, они выделяют токсины по мере их отмирания. Без надлежащей поддержки печени в это время ваше тело может отреагировать на эту повышенную токсиновую нагрузку неприятными симптомами детоксикации, такими как головные боли или обострение текущих симптомов. Обычно ваши симптомы могут ухудшиться до того, как исчезнут. Важно не забывать начинать с низкой дозировки фармацевтических или растительных антипаразитарных средств и постепенно увеличивать дозу до полной, чтобы максимально избежать этой реакции (но опять же, поговорите со своим врачом, чтобы выяснить что лучше для вас).

Когда вы смотрите на картину в целом, мы не можем сказать, что паразиты все плохие или все хорошие, но мы точно знаем, что их микроскопический размер не соответствует их огромной власти над нашим здоровьем. Ведя здоровый образ жизни, мы можем сдерживать эти паразитарные инфекции ... но мы, возможно, не захотим навсегда прощаться с нашими старыми друзьями. Когда-нибудь они нам могут просто понадобиться.

Если вы хотите узнать больше о своем собственном здоровье, ознакомьтесь с нашим процессом консультации.Мы предлагаем личные консультации, а также консультации по телефону и через веб-камеру для людей со всей страны и со всего мира.

Фото: unsplash.com

,

Смотрите также

MAXCACHE: 0.84MB/0.00054 sec