Новое исследование ученых из Университета Айовы показывает, что кистозный фиброз (CF), наследственное заболевание, укорачивающее жизнь, которым страдают около 30 000 американцев, вызывает определенный дефект в этом процессе, снижая способность выводить частицы и микробы из дыхательных путей.При МВ нарушения слизи связаны с серьезными проблемами со здоровьем, включая обструкцию дыхательных путей, затрудненное дыхание и повышенную восприимчивость к легочным инфекциям. Однако вопрос о том, является ли слизистая патология первичным дефектом при МВ или вторичным следствием заболевания легких, остается без ответа.Используя модель МВ у свиней, которая более точно имитирует заболевание человека, чем традиционные экспериментальные модели на мышах, команда UI обнаружила, что дефект слизи присутствует при рождении и является основной причиной заболевания легких при МВ.
Результаты опубликованы в номере журнала Science от 15 августа.Команда UI обнаружила, что слизь выходит из специализированных желез под поверхностью дыхательных путей длинными нитями. В нормальных дыхательных путях, не связанных с МВ, эти нити отделяются и поднимаются к горлу, унося с собой любые захваченные частицы.
Однако в дыхательных путях МВ эти тяжи не отделяются должным образом от железы, что позволяет слизи и захваченным частицам накапливаться на поверхности дыхательных путей.«Если вы не можете удалить слизь из дыхательных путей должным образом, дыхательные пути могут забиться, что затрудняет дыхание, и это то, что мы видим у людей с МВ», — объясняет Тони Фишер, доктор медицинских наук, автор исследования и педиатр. легочный научный сотрудник детской больницы UI.
«Теперь, когда мы знаем больше о том, с чем мы сталкиваемся при CF, мы можем направить наше исследование», — добавляет Марк Хеггер, первый автор исследования и студент программы обучения ученых-медиков UI. «Мы можем попытаться выяснить способы предотвращения образования этих нитей слизи с самого начала, и мы можем выяснить способы отделения связанной слизи, которая уже образовалась».Разнообразие помогает открытию
По мнению Хоггера и Фишера, разнообразие идей, подходов и опыта сыграли ключевую роль в успехе проекта. В состав группы входили педиатры и пульмонологи-терапевты, молекулярные биологи, биомедицинские инженеры и специалисты по визуализации, и исследователям пришлось разработать новые способы визуализации слизи в дыхательных путях, чтобы сделать свои открытия. Помогло даже то, что у Хёггера и Фишера были диаметрально противоположные графики работы.«Марк вел ночной образ жизни, а я — дневной», — говорит Фишер. «Это означало, что мы могли продолжать наши эксперименты 24/7».
Большая часть исследований включала высокотехнологичные методы визуализации с использованием конфокальных микроскопов, компьютерных томографов и анализ трехмерных изображений, но ключевой эксперимент был возможен только при использовании значительно более простой технологии — iPhone и приложения для покадровой съемки за 5 долларов — для визуализации движения частиц по поверхности дыхательных путей.В нормальных условиях движение частиц через дыхательные пути при МВ и не при МВ выглядело одинаково.
Однако, когда дыхательные пути были созданы для производства избыточной слизи, частицы в дыхательных путях CF иногда застревали и оставались прикрепленными к дыхательным путям. Чтобы выяснить, почему, Хеггер использовал флуоресцентные наносферы для визуализации статической слизи и обнаружил, что в дыхательных путях при МВ есть нити и сгустки слизи, прикрепленные к поверхности дыхательных путей, особенно в отверстиях слизистых желез.
Просмотр видеороликов, показывающих дефект слизи, вызвал у исследователей смешанные эмоции.«Когда вы смотрите на эти фотографии и видео, вы очень быстро понимаете, что происходит, и, как ученые, мы были очень взволнованы этими открытиями», — говорит Хёггер. «Но, увидев, что слизь не отделяется от дыхательных путей должным образом, мы задумались о проблемах, которые это создает для людей с МВ».Новые данные также напрямую связывают дефект слизи с потерей функции белка CFTR — основной генетической причины МВ.Исследовательская группа смогла воссоздать дефект слизи в дыхательных путях, не относящихся к МВ, путем прекращения секреции ионов хлора и бикарбоната слизистыми железами.
Белок CFTR обычно контролирует это движение ионов, поэтому полученные данные напрямую связывают потерю функции CFTR с нарушением клиренса слизи при CF.Недавно обнаруженная аномалия слизи при МВ также может играть роль в проблемах, вызванных заболеванием в других органах, таких как желудочно-кишечный тракт и поджелудочная железа, и это открытие может также иметь последствия для других заболеваний дыхательных путей с аномальным слизистым и мукоцилиарным транспортом, таких как астма и ХОБЛ.