Органоиды AirGel открывают новый взгляд на респираторные инфекции

Биопленки — высокоустойчивые сообщества бактерий — представляют серьезную проблему для лечения инфекций. Хотя их формирование в лабораторных условиях изучено хорошо, развитие в сложной среде дыхательных путей человека оставалось загадкой.

Исследователи под руководством Александра Перса из EPFL решили эту проблему, создав органоиды под названием AirGels. Органоиды — это миниатюрные самоорганизующиеся 3D-ткани, выращенные из стволовых клеток для имитации реальных тканей и органов. Они представляют собой смену парадигмы в этой области.

Разработанные Тамарой Росси и коллегами, AirGels — это биоинженерные модели ткани легкого человека. Они революционизируют исследования инфекций, точно воспроизводя физиологические свойства слизистой оболочки дыхательных путей, включая секрецию слизи и биение ресничек. Эта технология позволяет изучать инфекции дыхательных путей более реалистично и комплексно, заполняя разрыв между исследованиями in vitro и клиническими наблюдениями.

«Инженерия органоидов для исследования инфекций обладает огромным потенциалом. Это меняет правила игры», — говорит Перса.

В исследовании, опубликованном в PLoS Biology, ученые использовали AirGels для изучения роли слизи в формировании биопленок бактерией Pseudomonas aeruginosa — патогеном, часто устойчивым к антибиотикам. Заражая AirGels и наблюдая в режиме реального времени с помощью микроскопии высокого разрешения, они увидели процесс образования биопленок.

Наблюдения показали, что P. aeruginosa активно вызывает сокращение слизи хозяина, используя сократительные нити, известные как пили IV типа (T4P). Нити T4P генерируют силы, необходимые для сокращения слизи, что позволяет клеткам бактерии агрегировать и формировать биопленку. Результаты были подтверждены последующим моделированием и биофизическими экспериментами на отобранных мутантах P. aeruginosa.

Исследование демонстрирует, что модель органоидов AirGel может дать уникальное представление о механическом взаимодействии между бактериями и средой их хозяина, в данном случае раскрывая ранее неизвестный механизм формирования биопленок в дыхательных путях.

Возможность создавать органоиды, точно воспроизводящие слизистую среду, открывает новые пути для исследований. Это позволит изучать упущенные аспекты инфекций, влияние дополнительных физиологических факторов (температуры, влажности, лекарств, химических стрессоров) на развитие инфекции и создавать целенаправленные методы лечения против устойчивых к антибиотикам патогенов.