بررسی چگونگی انتشار عفونت های قارچی در ریه انسان

یک مدل عفونت مبتنی بر تراشه که توسط محققان در ینا، آلمان ساخته شده است، مشاهده میکروسکوپی زنده آسیب به بافت ریه ناشی از عفونت قارچی مهاجم آسپرژیلوزیس را امکان‌پذیر می‌سازد. این تیم الگوریتم هایی را برای ردیابی گسترش هیف های قارچی و همچنین پاسخ سلول های ایمنی ایجاد کردند. این توسعه بر اساس مدل “ریه روی تراشه” است که در Jena نیز توسعه یافته است و می تواند به کاهش تعداد آزمایش های حیوانی کمک کند. نتایج در مجله ارائه شد بیومواد.

آسپرژیلوزیس یک عفونت کپک ناشی از آسپرژیلوس فومیگاتوس است که اغلب ریه ها را درگیر می کند. این بیماری به خصوص در افراد دارای نقص ایمنی می تواند کشنده باشد. در این موارد، آسپرژیلوز تهاجمی معمولاً با حمله هیف های قارچی به عروق خونی رخ می دهد. تا کنون، تنها چند ماده فعال وجود دارد که می تواند با چنین عفونت های قارچی مبارزه کند. Marie von Lilienfeld-Toal، سرپرست این مطالعه می گوید: «به همین دلیل برای ما بسیار مهم بود که بتوانیم این رشد تهاجمی را در یک مدل نشان دهیم. متخصص داخلی پروفسور دپارتمان پزشکی داخلی II در بیمارستان دانشگاهی ینا است و در موسسه تحقیقات محصولات طبیعی و زیست‌شناسی عفونت لایب‌نیتس – موسسه Hans Knöll (Leibniz-HKI) در ینا، آلمان تحقیقات انجام می‌دهد.

مدل جدید عفونت آسپرژیلوزیس باید به مشاهده بهتر رشد قارچ و واکنش سیستم ایمنی و یافتن رویکردهای جدید احتمالی برای درمان کمک کند. علاوه بر این، مواد فعال جدید را می توان آزمایش کرد. تخصص در این مورد در Jena موجود است: تراشه‌های عضو مدت‌هاست در بیمارستان دانشگاه ساخته شده‌اند. استارت آپ Dynamic42 که تراشه های ریوی مورد استفاده در این مطالعه را تولید می کند، در آنجا تاسیس شد. نویسنده اول مای هوانگ نیز پس از اتمام دکترای خود به این شرکت پیوست.

از مدل اندام تا مدل عفونت

Marc Thilo Figge، سرپرست این مطالعه، می‌گوید: «با کمک این تراشه، می‌توانیم آسپرژیلوزیس را به صورت زنده و سه بعدی زیر میکروسکوپ مشاهده و کمیت کنیم.» او رئیس گروه تحقیقاتی زیست‌شناسی سیستم‌های کاربردی در لایب‌نیتس-HKI و استاد دانشگاه فردریش شیلر در ینا است. مدل اندام شامل دو لایه سلول است که توسط یک غشای مصنوعی از هم جدا شده اند. یک لایه در معرض هوا قرار دارد و از سلول های سطحی ریه تشکیل شده است. لایه دیگر متشکل از سلول های رگ های خونی است که یک محلول مغذی خون مانند به طور مداوم از کنار آنها عبور می کند.

سپس محققان به این مدل قارچ را اضافه کردند. سوزان هارتانگ، یکی از اعضای گروه Infections in Hematology/Oncology در Leibniz-HKI و یکی از سه نویسنده اول، توضیح می دهد: «به این ترتیب، ما مدل اندام را به مدل عفونت تبدیل کردیم. او می‌گوید مشکل، تعیین شدت عفونت بود. این زیست شناس مولکولی می افزاید: “اگر ما مقدار زیادی آسپرژیلوس فومیگاتوس را به مدل اضافه کنیم، سلول های ریه می میرند. اگر کم باشد، چیزی نمی بینیم.”

همانطور که تیم تحقیقاتی در مطالعه حاضر نشان می دهد، برای مثال، سلول های ایمنی انسان یا داروهای مختلف، می توانند به این سیستم اضافه شوند.

الگوریتم ارزیابی تصویر

ارزیابی داده‌های میکروسکوپی سه‌بعدی چالش بزرگی را ارائه کرد. “اگر فقط به تصاویر نگاه کنیم، متوجه پیشرفت عفونت می‌شویم، اما نمی‌توانیم آن را کمیت کنیم. برای این کار، به الگوریتم‌هایی نیاز داریم که بتواند هیف‌های قارچی یا سلول‌های ایمنی را از سلول‌های بافتی و همچنین اطراف آن تشخیص دهد. زولتان سِرسنیس، که اولین نویسنده مقاله نیز هست، توضیح می دهد. او یکی از اعضای تیم Figge است که در تجزیه و تحلیل خودکار تصاویر تخصص دارد.

برای اینکه کامپیوتر بتواند بین آنها تمایز قائل شود، انواع سلول های مختلف با استفاده از رنگ های فلورسنت کد رنگی می شوند. Cseresnyés توضیح می دهد: «به عنوان مثال، شدت فلورسانس را می توان برای تعیین تعداد قارچ هایی که یک سلول ایمنی خورده است استفاده کرد.

فیگ می‌گوید: «البته، این مدل یک ساده‌سازی است و نمی‌توان آن را یک به یک با یک اندام کامل مقایسه کرد. اما ما فکر می کنیم که این کمک مهمی به تحقیقات بهتر در مورد عفونت های قارچی است زیرا می تواند تا حدی جایگزین آزمایش های حیوانی در همان زمان شود. این مدل اکنون بیشتر بهینه خواهد شد.

ارائه شده توسط موسسه تحقیقات محصولات طبیعی و زیست شناسی عفونت لایب نیتس – موسسه هانس نول –