Η ομάδα χρόνιων παθήσεων του εντέρου που είναι γνωστή ως φλεγμονώδης νόσος του εντέρου (IBD), περιλαμβάνει τη νόσο του Crohn και την ελκώδη κολίτιδα, και επηρεάζει εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως μέσα από τα βακτήρια. Οι ασθενείς υποφέρουν από συμπτώματα όπως κοιλιακό άλγος, διάρροια, αιμορραγία και κόπωση — προβλήματα που μειώνουν δραματικά την ποιότητα ζωής.

Σύμφωνα με τον Thomas Wood, καθηγητή χημικής μηχανικής στο Penn State University, οι ασθενείς με IBD εμφανίζουν συχνά αυξημένα επίπεδα παθογόνων βακτηρίων E. coli στο έντερό τους — ενός τύπου βακτηρίου γνωστού για την πρόκληση τροφικών δηλητηριάσεων και σοβαρών λοιμώξεων. Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Wood και επιστήμονες από το Ισραήλ θα εξετάσει τον ρόλο αυτών των βακτηρίων και πώς συνδέονται με τη φλεγμονή του εντέρου.

Ο ρόλος των βακτηρίων E. coli στη φλεγμονή του εντέρου

Στο ανθρώπινο έντερο υπάρχουν πάντα ορισμένα «καλά» στελέχη E. coli, τα οποία αποτελούν μικρό αλλά σημαντικό μέρος της φυσιολογικής εντερικής μικροβιακής χλωρίδας. Ωστόσο, υπάρχουν και τα παθογόνα E. coli — συγγενικά στελέχη που μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές ασθένειες.

Στους ασθενείς με IBD, το σώμα αδυνατεί να απομακρύνει τα παθογόνα E. coli, τα οποία επιτίθενται στο προστατευτικό στρώμα βλέννας (mucin) που καλύπτει το εσωτερικό του εντέρου. Το mucin δρα σαν «ασπίδα» ανάμεσα στα βακτήρια και τα επιθηλιακά κύτταρα του εντέρου, επιτρέποντας τη συμβίωση με τα ωφέλιμα βακτήρια, αλλά εμποδίζοντας την είσοδο των παθογόνων.

Όταν αυτή η ασπίδα διασπάται, τα παθογόνα βακτήρια φτάνουν στα κύτταρα του εντέρου, προκαλούν μικροτραυματισμούς και φλεγμονή, και απελευθερώνουν τοξίνες Shiga, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν σε αιματηρή διάρροια και σοβαρές επιπλοκές.

Παρά το γεγονός ότι τα αντιβιοτικά μπορούν μερικές φορές να ανακουφίσουν προσωρινά τα συμπτώματα, σε πολλές περιπτώσεις —ιδίως σε παιδιά και ηλικιωμένους— επιδεινώνουν την κατάσταση, διότι ενισχύουν την παραγωγή των τοξινών από τα βακτήρια.

Οι στόχοι της νέας έρευνας

Η ομάδα του Penn State επιδιώκει να κατανοήσει πώς τα παθογόνα βακτήρια καταστρέφουν το mucin και πώς τα «καλά» βακτήρια μπορούν να το προστατεύσουν.

Για τον σκοπό αυτό, οι ερευνητές θα αναπτύξουν τεχνητά μικροβιακά οικοσυστήματα (biofilms) που προσομοιώνουν το ανθρώπινο έντερο. Μέσα από αυτά τα συστήματα, θα μελετήσουν την αλληλεπίδραση μεταξύ ωφέλιμων και παθογόνων βακτηρίων, με στόχο να ενισχύσουν τα πρώτα ώστε να εξουδετερώνουν τα δεύτερα.

Ένα από τα πιο καινοτόμα σκέλη του προγράμματος είναι η χρήση “DNAzymes” — μικρών μορίων DNA που μπορούν να εισχωρούν στα παθογόνα βακτήρια και να τα εξουδετερώνουν. Οι επιστήμονες θα εξετάσουν ποιοι τύποι DNAzymes είναι πιο αποτελεσματικοί στην εξάλειψη των βακτηρίων που προκαλούν IBD.

Η τεχνολογία “Mucin-on-a-Chip”: ένα μικροσκοπικό εργαστήριο σε δράση

Για να πετύχουν ακριβή και ασφαλή αποτελέσματα, η ερευνητική ομάδα θα χρησιμοποιήσει την πρωτοποριακή τεχνολογία “mucin-on-a-chip”. Πρόκειται για μια μικρορευστομηχανική συσκευή που προσομοιώνει το ανθρώπινο έντερο και το στρώμα mucin χρησιμοποιώντας μικροσκοπικά κανάλια.

Αυτό το “έντερο σε τσιπ” επιτρέπει στους επιστήμονες να μελετούν σε πραγματικό χρόνο την αλληλεπίδραση των βακτηρίων με το προστατευτικό στρώμα του εντέρου, χωρίς τη χρήση πειραματόζωων.

Όπως εξηγεί ο Wood, «το mucin-on-chip μας δίνει τη δυνατότητα να παρατηρούμε πώς τα βακτήρια επικοινωνούν, πώς σχηματίζουν αποικίες και πώς προκαλούν βλάβες ή προστατεύουν το έντερο. Είναι σαν να βλέπουμε τον μικρόκοσμο του εντέρου να ζωντανεύει μπροστά μας».

Προς νέες θεραπείες και διαγνωστικά εργαλεία

Η ερευνητική ομάδα φιλοδοξεί να ανοίξει τον δρόμο για νέες προβιοτικές θεραπείες που θα μπορούν να λαμβάνονται από το στόμα και να επαναφέρουν την ισορροπία του μικροβιώματος.

Παράλληλα, η τεχνολογία αυτή μπορεί να οδηγήσει σε πιο γρήγορες και ακριβείς διαγνωστικές μεθόδους για τη φλεγμονώδη νόσο του εντέρου, επιτρέποντας στους γιατρούς να ανιχνεύουν τις παθογόνες αλλαγές στο μικροβίωμα πριν εμφανιστούν σοβαρά συμπτώματα.

Ένα διεθνές ερευνητικό εγχείρημα

Στο έργο συμμετέχουν επίσης η Hadar Ben-Yoav από το Πανεπιστήμιο Ben-Gurion και η Ilana Kolodkin-Gal από το Scojen Institute for Synthetic Biology στο Ισραήλ. Μαζί με το Penn State, συνεργάζονται για να μετατρέψουν την πρωτοποριακή αυτή γνώση σε πρακτικές εφαρμογές για την ιατρική.

Όπως τονίζει ο Wood, «στόχος μας είναι να κατανοήσουμε πώς μπορούμε να κάνουμε τα καλά βακτήρια πιο δυνατά, ώστε να εξουδετερώνουν τα παθογόνα και να αποκαθιστούν τη φυσική ισορροπία του εντέρου».

Η νέα αυτή έρευνα φέρνει μια ακτίνα ελπίδας για τους ασθενείς με Crohn και ελκώδη κολίτιδα. Με τη βοήθεια της βιοτεχνολογίας και της μικρομηχανικής, οι επιστήμονες επιχειρούν να κατανοήσουν τον μικρόκοσμο του εντέρου με πρωτοφανή ακρίβεια — ένα βήμα πιο κοντά στη δημιουργία προσωποποιημένων, μη επεμβατικών θεραπειών που θα μπορούσαν κάποτε να βάλουν τέλος σε μία από τις πιο δύσκολες χρόνιες παθήσεις του πεπτικού συστήματος.