de ce fibroza chistică este atât de greu de tratat?

încă nu există tratament pentru fibroza chistică. În ciuda tratamentelor îmbunătățite care prelungesc durata de viață a pacientului, un pacient cu FC născut între 2013-17 în Marea Britanie are o speranță medie de viață sub 50. În Marea Britanie, aproximativ 10.500 de persoane au fibroză chistică, potrivit Trustului de fibroză chistică. Între 60-80% dintre persoanele cu fibroză chistică suferă de infecții respiratorii cronice, cauzate frecvent de bacteriile Pseudomonas aeruginosa sau Staphylococcus aureus., Odată ce plămânii sunt infectați, bacteriile se diferențiază rapid în sub-tulpini, dezvoltă rezistență la antibiotice și devin dificil de tratat. Strategiile actuale de tratament cu antibiotice sunt echivalente cu nuking-ul întregului sit de pe orbită cu o baterie de medicamente, o abordare care provoacă efecte secundare severe și, în multe cazuri, bacteriile persistă.infecția pulmonară cronică afectează suprafețele celulelor epiteliale și duce la inflamație, afectând capacitatea plămânului de a funcționa. Se estimează că peste 80% dintre pacienții cu fibroză chistică sunt uciși de aceste tipuri de infecții pulmonare cronice., Sunt multe lucruri pe care nu le înțelegem despre modul în care aceste bacterii colonizează și se răspândesc în plămâni și despre modul în care interacțiunile bacterii–bacterii le afectează sensibilitatea la antibiotice.

Sursa: © Science Photo Library

Normal de proteine CFTR (stânga) permite ionilor de clor (verde) prin; disfuncționalități (de dreapta), nu și care provoacă o acumulare de mucus

din Fericire, oamenii de stiinta sunt găsirea de noi modalități de a modela bacteriene comportamentul în infectat plămâni și pentru a obține perspective în modul de infecții și va rezista la tratament., Aceste constatări au potențialul de a ajuta pacienții cu FC să trăiască o viață mai lungă și mai sănătoasă.fibroza chistică este cauzată de mutații ale genei regulatorului conductanței transmembranare a fibrozei chistice (CFTR) care afectează producerea proteinei CFTR. Această proteină formează canale ionice în membranele celulare din întregul corp care reglează fluxul de ioni și molecule de apă în și din celule. Atunci când proteina CFTR nu este făcută corect, capacitatea sa de a transporta ioni este compromisă, afectând echilibrul ionilor de sare și a apei din interiorul și exteriorul celulei., Acest dezechilibru duce la mucus gros, lipicios în plămâni, pancreas și alte organe. Mucusul tuse din tractul respirator se numește spută.

mucusul care nu se curăță este un teren propice pentru bacterii și duce la aceste infecții pulmonare cronice la pacienții cu FC. De asemenea, este greu pentru agenții terapeutici să pătrundă în mucus și să eradice bacteriile.

câte bug-uri?

primul pas în înțelegerea infecțiilor bacteriene este cuantificarea a ceea ce se întâmplă., Proiectul NIH Common Fund Human Microbiome (HMP) a fost înființat în 2008 pentru a caracteriza microbiota umană sănătoasă și pentru a investiga rolul lor în boală. Prima fază a proiectului a caracterizat microbiomii orali, intestinali și ai pielii, dar nu a investigat plămânii. Cultivarea probelor pulmonare pe un vas petri – modul tradițional de identificare a bacteriilor – nu a arătat nimic, așa că oamenii de știință au concluzionat că plămânii sănătoși erau sterili. Cercetările ulterioare cu tehnici de secvențiere mai avansate au arătat că, de fapt, mai multe specii de bacterii locuiesc în plămâni sănătoși.,

cu toate Acestea, diferențele între sănătos și nesănătos pulmonar microbiomul este un domeniu controversat acum, explică Ann Domeniu, senior director de descoperire de droguri în Fibroza Chistică Foundation, o organizație non-profit. Unele studii identifică listele de organisme care par a fi prezente în plămâni în cazul în care nu există o infecție, dar alte studii au identificat suprapuneri considerabile în tipurile și cantitățile de organisme din plămânii sănătoși și infectați. „Juriul este încă în discuție dacă există un „microbiom pulmonar sănătos””, spune Field.,

Sursa: © Science Photo Library

prezența Pseudomonas, Staphylococcus și Achromobacter bacterii înseamnă, în general, funcție pulmonară redusă în CF pacienții

Cea mai comună metodă de cuantificare a bacteriilor este cu 16S ARN ribosomal (arnr) secvențierea genelor, în cazul în care PCR amplifică genei pentru arnr 16S prezente în ADN-ul colectat de la probe de spută. Gena 16S rRNA este prezentă în toate bacteriile și acționează ca un cod de bare pentru diferite specii.,

atunci Când au realizat pentru arnr 16S de secvențiere pe spută de la 77 pacienții cu fibroză chistică, cercetatorii de la Universitatea Emory și Institutul de Tehnologie din Georgia, ambele în Atlanta, SUA, a constatat prezența Pseudomonas, Staphylococcus și Achromobacter în cantități semnificative se corelează cu funcție pulmonară redusă în CF pacienți, în timp ce a crescut microbiome diversitatea se corelează cu îmbunătățirea funcției pulmonare. Cu toate acestea, au găsit și excepții de la aceste tendințe.există unele dezavantaje în utilizarea metodelor bazate pe ADN pentru cuantificarea bacteriilor din plămâni., La pacienții cu FC o mulțime de gazdă și ADN-ul bacterian este prezent în probe, dar cantitățile de ADN nu poate reprezenta compoziția reală a bacteriilor prezente. „ADN-ul bacterian se acumulează la rate diferite, cu diferite stabilități; o mulțime de bug-uri în căile respiratorii fac ADN-uri destul de bune, astfel încât acestea tind să degradeze ADN-ul din jurul lor. În timp ce cu agenți patogeni precum Pseudomonas ADN-ul se acumulează continuu”, spune Michael Surrette, profesor de microbiologie la Universitatea McMaster din Ontario, Canada.Surrette susține că o modalitate mai precisă de cuantificare a bacteriilor este de a căuta ARN bacterian., Dezavantajul metodelor de secvențiere bazate pe ARN este, deși oferă o imagine mai precisă a speciilor prezente, ARN-ul nu este stabil și are un timp de înjumătățire de minute. Extragerea ARN din spută este, de asemenea, dificilă. „Sputa este cel mai rău eșantion posibil pentru a face acest lucru”, spune Surette. Grupul său a dezvoltat un protocol care descompune matricele salivei, stabilizează ARN-ul înainte de amplificare și secvențiere și durează mai puțin de cinci minute pentru a efectua.,

rezistența la antibiotice

Mai mult de 50% dintre adulții cu CF din SUA sunt infectați cu Pseudomonas, dintre care aproximativ o treime este multidrog-rezistent. Pseudomonas este un agent patogen oportunist care infectează numai persoanele cu un sistem imunitar slăbit. Există mai multe căi mecaniciste prin care Pseudomonas dobândește rezistență la antibiotice. Obiceiul Pseudomonas de a forma biofilme de protecție adaugă la dificultatea eradicării.,pentru a studia rezistența, echipa lui Steve Diggle de la Institutul de Tehnologie din Georgia a crescut biofilme Pseudomonas pe margele de plastic cu medii sintetice de spută pe parcursul a 50 de zile. Ei au descoperit că în termen de o lună Pseudomonas avut destule mutații în IasR gene – care promovează crearea de virulență proteine – pentru a obține toleranța la mai multe antibiotice beta-lactamice, chiar și atunci când probele nu au fost tratate cu antibiotice.Laboratorul lui Diggle a arătat, de asemenea, că tulpinile mai agresive de Pseudomonas eliberează piocine care ucid tulpinile Pseudomonas concurente., Acest lucru asigură că tulpinile cele mai virulente și mortale ajung să domine plămânii pacientului cu CF.

eu folosesc exemplul de galaxii în univers: există o mulțime de ei, dar cele mai multe sunt prea departe unul de altul pentru a interacționa

un Alt factor agravant este faptul că prezența mai multor microbi în plămâni poate afecta capacitatea lor de a rezista la antibiotice., O tulpină de bacterii care a fost cultivată și purificată dintr-o probă de pacient ar putea prezenta sensibilitate la un anumit antibiotic din vas, dar pare rezistentă la acest tratament în contextul unei infecții polimicrobiene. „Implicația este că acești microbi interacționează într-un fel care își schimbă Biologia și fiziologia, astfel încât nu sunt sensibili la antibiotic”, spune George O’ Toole, microbiolog la Dartmouth College din New Hampshire, SUA.laboratorul lui O ‘ Toole caută relațiile de încrucișare în cadrul comunităților polimicrobiene., Metabolitul deșeurilor unei specii bacteriene poate fi hrană pentru alta. Folosind simulări pe calculator cu o selecție cunoscută de bacterii și substanțe nutritive preexistente, echipa sa poate modela schimbul și acumularea de metaboliți în comunitățile polimicrobiene. Ei au descoperit că Pseudomonas a crescut adesea pentru a deveni bacteriile dominante, dar prezența agenților patogeni mai rare care au consumat, de asemenea, aceiași metaboliți alimentari ca Pseudomonas ar putea împiedica creșterea acesteia. Modul în care aceste tipuri de interacțiuni microbiene influențează sensibilitatea la antibiotice nu este încă cunoscut.,nu toți oamenii de știință sunt de acord că există un microbiom pulmonar în care mai mulți microbi interacționează între ei. „Folosesc exemplul galaxiilor din univers: există multe dintre ele, dar cele mai multe sunt prea departe unele de altele pentru a interacționa”, spune Diggle, care crede că același lucru ar putea fi valabil și pentru coloniile bacteriene din plămâni. El susține că a vedea interacțiunile dintre două specii de bacterii într-un vas nu înseamnă că interacționează în mod normal între ele în plămâni.,

‘, în Esență, fiecare descoperirea de droguri programul este rulat uita la capacitatea de un antibiotic pentru a trata un singur microb într-o cultură, spune O ‘ toole, care nu văd asta ca o abordare eficientă în CF, atunci când aproape fiecare pacient are polymicrobial infecții. „Trebuie să ne gândim la o conductă de descoperire a medicamentelor în care căutați de fapt medicamente care vor fi eficiente în contextul unei infecții mixte.”

modelarea plămânilor CF

o altă provocare atunci când vine vorba de fibroza chistică este modelarea eficientă a bolii și a micromediul din plămânii nesănătoși., Plămânii sunt greu de imaginat și analizat atunci când sunt încă în uz. Când sputa este tuse pentru analiză, clinicienii nu știu din ce parte a plămânilor a venit proba sau dacă este un amestec de colonii bacteriene din mai multe locații. Fără modele eficiente, oamenii de știință nu pot studia eficient boala și nu pot dezvolta tratamente mai bune.

‘ spre deosebire de pacienții umani cu FC, șoarecii cu CF nu reușesc să dezvolte boli pulmonare spontane sau infecții bacteriene cronice., Modelele de culturi celulare 2D nu cuprind, de asemenea, multe dintre mecanismele și răspunsurile la tratament ale bolilor respiratorii”, spune Sean Murphy, Bioinginer la Wake Forest Institute for Regenerative Medicine din Carolina de Sud, SUA.

Sursa: © Institutul Wyss/Universitatea Harvard

‘pulmonar pe un cip’ permite cercetătorii de la Institutul Wyss de la model pulmonar anormal de celule

Efectuarea în timp real experimente pe viu plămâni este aproape imposibil, deci, unii cercetători au creat miniaturizat organele de studiu., Cercetătorii de la Universitatea Harvard din Massachusetts, SUA, au petrecut mulți ani construind dispozitive de organe pe cip care imită condițiile fiziologice. Cipurile lor de organe sunt dispozitive de cultură microfluidică care au două canale paralele goale care au o lățime mai mică de un milimetru. Acestea sunt separate printr-o membrană poroasă care este acoperită cu o matrice extracelulară pentru a media aderența celulară în organism și acțiunile in vitro. „Sunt de dimensiunea unui stick de memorie pentru computer, o mică unitate de degetul mare”, spune Donald Ingber, directorul fondator al Institutului Wyss pentru Inginerie inspirată biologic de la Harvard., Rezultatele sunt vii, 3D secțiuni transversale ale unităților funcționale majore ale organelor. Ei au chips-uri pulmonare individuale care stau în pentru alveolele, sacii de aer și căile respiratorii.proiectul lung on-a-chip al Institutului Wyss a început în 2018 cu un grant de la Fundația pentru fibroză chistică. Când cercetătorii au pus celulele endoteliale pulmonare de la pacienții cu CF pe cipuri, mini-organele au produs mucusuri mai groase și au avut o mișcare capilară anormală și un răspuns inflamator mai mare. Ingber spune că vor folosi aceste cipuri pentru a inversa procesul bolii prin schimbarea variabilelor fiziologice.,există speranțe că plămânii de pe un cip pot ajuta la explicarea mecanismului inflamației pulmonare CF. „Există unele dovezi că răspunsurile inflamatorii CF sunt fie exagerate, fie suprimate independent de boala pulmonară CF”, notează Murphy, chiar dacă infecțiile bacteriene cronice și leziunile au, de asemenea, un impact semnificativ asupra răspunsului inflamator. Echipa sa și-a construit propriul sistem de plămâni-pe-un-chip care poate utiliza diferite combinații de celule imune CF sau non-CF și epiteliu pentru a înțelege mai bine mecanismele de inflamație în plămânul CF și sistemul imunitar.,în ciuda multor întrebări fără răspuns cu privire la biologia care stau la baza bolii și a infecțiilor cronice însoțitoare, tratamentul și managementul fibrozei chistice suferă o schimbare masivă de paradigmă odată cu introducerea recentă a medicamentelor modulatoare CFTR. Ele sunt numite modulatoare, deoarece modulează funcția proteinei CFTR, astfel încât să poată servi funcției sale principale: Crearea unui canal pentru ca ionii de clor să curgă pe suprafața celulei.când fluxul adecvat de clor este restabilit, mucusul devine rehidratat în interiorul plămânilor și al altor organe., Deși medicamentele modulatoare actuale nu restaurează complet fluxul adecvat de clorură, ele pot îmbunătăți fluxul suficient pentru a ameliora simptomele pentru persoanele cu CF. Symkevi – un medicament de la Vertex Pharmaceuticals – este o combinație de medicamente modulator ivacaftor și tezacaftor a fost aprobat în decembrie 2018 pentru utilizare în UE. Vertex urmat cu Trikafta – un tratament cu o treime modulator medicamente elexacaftor – care a fost aprobat de FDA în octombrie 2019. Agenția Europeană pentru medicamente revizuiește în continuare cererea de autorizare și va lua o decizie la sfârșitul anului 2020.,

nu Ne putem permite să lăsăm garda jos

Trikafta este aprobat pentru pacienții cu vârsta de 12 ani și mai în vârstă care au cel puțin un F508del mutație în gena CFTR, care este de aproximativ 90% din pacienții cu fibroză chistică. În studiile clinice, persoanele cu două copii ale mutației F508del a avut o creștere de 3,4% în funcției pulmonare după luarea Symkevi comparativ cu tratamentul cu placebo. Persoanele care au luat Trifkafa au avut o creștere suplimentară de 10% a funcției pulmonare în comparație cu pacienții care au luat Symkevi.,în plus față de modulatori, există mai multe clase de terapii care vizează diferite aspecte ale proteinei CFTR, deși acestea nu au fost încă aprobate pentru utilizare pe scară largă. Potențiatorii sunt modulatori CFTR care țin poarta deschisă, astfel încât clorura să poată curge prin membrana celulară. Corectorii ajută proteina CFTR să formeze forma 3D potrivită, astfel încât să poată transporta ioni pe suprafața celulei. În cele din urmă, amplificatoarele CFTR măresc numărul de proteine CFTR de pe suprafața celulei. Dacă celula produce mai multă proteină CFTR, crește fluxul de ioni de clor prin membrana celulară., Amplificatoarele, care sunt dezvoltate și testate, nu sunt încă disponibile comercial.în ciuda optimismului din jurul rezultatelor îmbunătățite pentru pacienții cu CF odată cu sosirea medicamentelor modulatoare, Surrette a avertizat că modulatorii pot duce la un nou set de probleme de infecție. Chiar și atunci când aceste modulatoare clar mucusul în adult CF pacient plămâni, cicatrici din trecut infecții și exacerbări va rămâne, ceea ce înseamnă CF plămânii nu va semeni plămâni sănătoși., Cercetătorii nu sunt siguri dacă pacienții cu modulatori CFTR vor obține un microbiom pulmonar permanent sănătos sau dacă agenții patogeni se vor întoarce în cele din urmă. „Acesta va fi un mediu pentru potențiali agenți patogeni noi pe care nu i-am mai văzut până acum. Nu ne putem permite să lăsăm garda jos”, spune Surrette.Claire Jarvis este o scriitoare științifică cu sediul în Atlanta, SUA

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *