تجزیه و تحلیل تک سلولی بیماری کرون تصویر دقیقی از التهاب در روده را نشان می دهد

محققان در موسسه Broad MIT و هاروارد و بیمارستان عمومی ماساچوست نقشه سلولی با وضوح بالا از بیماری کرون ساخته اند، یک بیماری مزمن که در آن سیستم ایمنی بیش فعال باعث التهاب در سراسر روده می شود که منجر به علائمی از جمله درد شکم، اسهال و کاهش وزن. درمان این بیماری دشوار است و اغلب نیاز به بستری شدن در بیمارستان دارد.

این اطلس بزرگترین مطالعه روی سلول های منفرد از بیماران کرون تا به امروز است و حاوی نمایه های بیان ژنی بیش از 700000 سلول از 71 فرد سالم و بیماران در حالات مختلف التهاب است.

منتشر شده در 30 ژانویه در مصونیتیافته‌ها تصویر سلولی دقیقی از فرآیندهای بیولوژیکی زیربنایی کرون ارائه می‌دهند که منحصر به روده‌های کوچک و بزرگ هستند. این داده‌ها همچنین ژن‌ها و مسیرهای دخیل در عوارض این بیماری را نشان می‌دهند که روزی می‌توانند هدف داروهای جدید قرار گیرند. علاوه بر این، نتایج می‌تواند به محققان در پیش‌بینی و در نهایت جلوگیری از تشدید علائم کمک کند، یا بفهمند چرا برخی از بیماران به درمان‌ها پاسخ می‌دهند و برخی دیگر پاسخ نمی‌دهند.

رامنیک خاویر، نویسنده ارشد این مطالعه، عضو مؤسسه اصلی و مدیر رصدخانه سلولی کلارمن در برود، گفت: «ما در حال مشاهده این موضوع هستیم که بیماری کرون یک بیماری نیست و انواع فرعی زیادی دارد. خاویر همچنین پروفسور پزشکی کورت جی. ایسلباخر در دانشکده پزشکی هاروارد، مدیر مرکز زیست شناسی محاسباتی و یکپارچه و عضو اصلی دپارتمان زیست شناسی مولکولی در بیمارستان عمومی ماساچوست، و مدیر مشترک مرکز انفورماتیک میکروبیوم و انفورماتیک است. درمان در MIT Lingjia Kong، یک دانشمند محقق در آزمایشگاه Xavier، اولین نویسنده این مطالعه بود.

Jacques Deguine، نویسنده این مطالعه و معاون برنامه ایمونولوژی در Broad، گفت: “ما واقعاً می خواستیم منبعی برای این رشته بسازیم.” اطلس‌هایی در طیف وسیعی از بیماری‌ها وجود داشته است، اما اکنون حوزه ما به اندازه‌ای رشد کرده است که می‌توانیم با این پرسش‌ها در بیماری‌های پیچیده، که اعضای مختلف را درگیر می‌کنند، مقابله کنیم.

بینش التهاب

مطالعات ژنتیکی قبلی بیش از 200 مکان در ژنوم مرتبط با کرون را شناسایی کرده است. اما تیم خاویر می‌دانست که برای درک کامل این بیماری، به نقشه سلولی نیاز دارند که پیچیدگی کامل آن را نشان دهد. آنها سلول های ملتهب و غیر ملتهب را از هر دو بخش دستگاه گوارش مورد مطالعه قرار دادند: روده بزرگ و ایلئوم، آخرین بخش روده کوچک که اغلب در بیماری کرون تحت تاثیر قرار می گیرد.

دانشمندان از توالی RNA تک سلولی برای تجزیه و تحلیل فعالیت ژن در سلول های روده استفاده کردند. آنها دریافتند که سلول‌های ایمنی و استروما (سلول‌های داخل روده که بافت همبند زیرین را شکل می‌دهند و پشتیبانی می‌کنند) در طول بیماری در ترکیب تغییر می‌کنند. پوشش روده تغییرات بیشتری را در بیان ژن نشان داد، با برخی تغییرات منحصر به روده بزرگ یا کوچک. آنها همچنین دریافتند که بیان ژن هایی که قبلاً با خطر بیماری مرتبط بودند در هر اندام متمایز بود.

Deguine گفت: “من فکر می کنم این واقعاً پایه ای برای درک اینکه چرا التهاب بیماری کرون در یک اندام در مقابل اندام دیگر ظاهر می شود و اینکه چگونه برخی از درمان ها ممکن است به طور متفاوتی بر انواع مختلف بیماری تأثیر بگذارند را ایجاد می کند.”

به سمت پزشکی شخصی

حدود 50 تا 60 درصد از بیماران کرون به داروها پاسخ می دهند و برخی عود علائم را تجربه می کنند. خاویر گفت که این نشان می دهد که کرون توسط مکانیسم های بیولوژیکی مختلفی ایجاد می شود که نیاز به درمان هایی دارد که برای بیماران خاص طراحی شده است. او و دگوین افزودند که بسیاری از یافته‌های تیمشان به اهداف احتمالی برای درمان‌های شخصی اشاره دارد. به عنوان مثال، آنها سه ژن درگیر در تولید کلاژن را شناسایی کردند که احتمالاً به بافت اسکار در روده کمک می کند و روده ها را سفت تر و کمتر قادر به عبور از غذا می کند – یک عارضه رایج کرون.

در کمال تعجب، محققان دریافتند که بیماران کرون حتی زمانی که بافت‌هایشان ملتهب به نظر نمی‌رسند، دارای نشانه‌های بیان ژن خاصی هستند. این می تواند نشان دهد که حتی زمانی که بافت در آندوسکوپی بهبود یافته است، علائم قابل تشخیص بیماری وجود دارد. درک مسیرهایی که به التهاب با درجه پایین کمک می کنند می تواند به پیش بینی زمان شعله ور شدن علائم کمک کند.

در آینده، تیم خاویر قصد دارد تا اطلس خود را با جمع‌آوری نمونه‌هایی از بیمارانی با طیفی از اجداد گسترش دهد. Deguine همچنین امیدوار است که بیماران را قبل و بعد از درمان های مختلف مطالعه کند تا چگونگی پیشرفت بیماری آنها را ردیابی کند.

خاویر گفت: «این پروژه‌ها مطالعات مشترکی هستند که شامل بیماران، پزشکان، هماهنگ‌کنندگان بالینی، تولیدکنندگان داده و زیست‌شناسان محاسباتی می‌شوند. واضح است که زیست شناسی باید اینگونه انجام شود تا تأثیر واقعی بر بیماری های انسانی داشته باشد.