Miniaturní modely nosu by mohly pomoci předcházet infekcím a podporovat zdraví nosu

Naše nosy jsou domovem různých bakterií. Některé, jako Staphylococcus aureus nebo Streptococcus pneumoniae, mohou způsobit vážné infekce, zvláště když se bakterie stanou odolnými vůči antibiotikům. Jiné bakterie, jako je méně známá Dolosigranulum pigrum, se často nacházejí ve zdravých nosech a mohou pomoci udržet špatné bakterie na uzdě.

Pro lepší pochopení toho, jak různé bakterie interagují s výstelkou lidského nosu, vědci z Baylor College of Medicine nedávno použili miniaturní model lidského nosu ke studiu toho, jak mohou bakterie žít v nosních průchodech.

„Pracovali jsme s lidskými nosními organoidy (HNO), laboratorně vypěstovanou buněčnou vrstvou, jako je ta, která pokrývá vnitřek našich nosů, což je bod prvního kontaktu mezi nosními bakteriemi a námi,“ řekla odpovídající autorka Dr. Katherine P. Lemon, docentka dětských infekčních chorob a molekulární virologie a mikrobiologie na Baylor.

„U lidí jsou buňky lemující vnitřek nosu, epitel, na jedné straně vystaveny vzduchu a na druhé straně krevnímu oběhovému systému. Naše HNO kultury produkované 3D Organoid Core společnosti Baylor napodobují tuto situaci.“

Výzkumníci v jádře odebírají epitel stěrem z člověka nos a pěstování buněk v laboratoři. Některé z těchto buněk přežijí neomezeně dlouho, takže je lze uložit a stát se dlouhodobým zdrojem. Jádro pak některé z nich pěstuje na destičkách pro tkáňovou kulturu, které poskytují rozhraní vzduch-kapalina, kde je horní strana epitelu vystavena vzduchu a spodní strana se koupe v kapalině, která buňkám poskytuje živiny.

Ve srovnání s jinými laboratorními modely, jako jsou buněčné linie odvozené z rakoviny nebo zvířecí modely, nabízejí HNO několik výhod. Velmi se podobají skutečné lidské nosní tkáni, lze je použít pro více experimentů v průběhu let a odrážejí genetickou rozmanitost lidských dárců.

Pomocí tohoto modelu první autoři Andrea I. Boyd a Leah A. Kafer, postgraduální studenti v laboratoři Lemon, a jejich kolegové studovali, jak různé typy bakterií — S. aureus, S. pneumoniae a D. pigrum – nezávisle kolonizují buňky nosního epitelu a jak tyto buňky reagují na bakterie.

Výzkumníci nahlásit se v mSphere že všechny tři bakterie byly schopny kolonizovat HNO, aniž by způsobily významné škody. Zůstaly ve vrstvě hlenu a nepronikly do buněk. To je důležité, protože kolonizace – život na povrchu – se liší od infekce – invaze a poškození tkáně. HNO snášely bakterie dobře, vykazovaly pouze minimální známky buněčného stresu.

„Ty tři bakterie kolonizovaly a spustily různé imunitní reakce v nosních buňkách,“ řekl Lemon.

Například S. aureus způsobil silnou reakci a spustil buňky nosního epitelu k produkci interleukinu-1, což je typ cytokinu nebo molekuly, která signalizuje tělu, aby reagovalo na hrozby, jako jsou škodlivé mikroby, imunitní reakcí. S. pneumoniae zvýšila hladiny dalšího cytokinu, CXCL11, který se také podílí na imunitních odpovědích. To naznačuje, že i bez poškození mohou kolonizující bakterie stále stimulovat imunitní systém.

Na druhou stranu, D. pigrum, prospěšná bakterie, snížila produkci cytokinu zvaného CXCL10. Tato molekula se účastní zánětu a imunitních reakcí. Nižší hladiny CXCL10 mohou pomoci snížit škodlivý zánět, což naznačuje, že D. pigrum by mohl mít ochranné účinky. Všechny tři bakterie, ať už živé nebo mrtvé, zvýšily produkci určitých cytokinů, jako je G-CSF a CCL20. Tyto molekuly pomáhají rekrutovat imunitní buňky, jako jsou neutrofily a lymfocyty, do místa kolonizace.

„Když se mě lidé ptají: Na čem pracuješ?“ Obvykle odpovídám: ‚Studuji, jak dobré bakterie mohou lidem zabránit v nosu.‘ Model HNO nabízí nový způsob, jak podrobně studovat tyto bakteriální interakce u dětí a dospělých. Mohlo by být použito k testování toho, jak se chovají různé bakteriální kmeny, jak interaguje více druhů a jak komunita nosních mikrobů, mikrobiota, ovlivňuje nemoci, jako je chronická sinusitida nebo respirační infekce,“ řekl Lemon.