Муковисцидоз: новые разработки в лечении

Первый трехмерный инструмент пространственной визуализации был разработан для отображения данных о внутренних органах. Он помогает исследователям и врачам понять воздействие химических веществ, таких как микробные метаболиты и лекарства, на больной орган в контексте микробов, которые населяют этот орган. Работа может способствовать целенаправленной доставке лекарств при муковисцидозе и других состояниях, при которых доставка лекарств затруднена.
Инструмент разработали исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего. У каждого уголка человеческого органа есть свой микробиом — микроорганизмы и их гены, которые присутствуют в определенной среде. Анатомия органа и его среды (температура, уровень рН, доступность питательных веществ и т. д.) определяют, какие микроорганизмы присутствуют в данном месте. В свою очередь, микроорганизмы реагируют и влияют на присутствие терапевтических средств.
Наше понимание пространственного изменения химического и микробного состава человеческого органа остается ограниченным, считают авторы. Отчасти это связано с размером и изменчивостью человеческих органов и огромным количеством данных, которые специалисты получают от исследований в области метаболизма и геномики.
Чтобы решить эту задачу, команда создала рабочий процесс с открытым исходным кодом для картирования метаболомики и данных микробиома на трехмерной модели органов, построенной на основе радиологических изображений.
Исследователи получили легкое пациента, страдающего муковисцидозом, и секционировали его. Они анализировали образцы на наличие бактерий, их метаболитов и факторов вирулентности (молекулы, которые добавляют к эффективности бактерий и позволяют им колонизировать область в хозяине) и любые лекарства, предоставляемые пациенту во время лечения.
Затем с помощью приложения удалось визуализировать микробиомы и распределения метаболитов на всем органе. Приложение позволяет пользователю отображать данные на 2D или 3D поверхности и после модификации кода стало возможным сопоставлять данные о численности не только на поверхностях, но и внутри модели. Чтобы визуализировать пространственную локализацию бактерий и молекул, команда закупала изображения компьютерной томографии человеческого легкого и обрабатывала их для создания 3D-модели.
С исходными данными, полученными из легкого, наложенными на трехмерное легкое в модифицированной версии, исследователи смогли сделать важные наблюдения. Так, замечено, что один из антибиотиков, вводимых пациенту до сбора ткани, не проникал в нижнюю часть легкого — явление, которое ранее не наблюдалось. Это коррелирует с более высокой распространенностью муковисцидоза, ассоциированного с кистозным фиброзом. Таким образом, различные препараты могут дифференциально проникать в легкие, ограничивая воздействие эффективной дозы. Созданный инструмент позволяет исследователям и врачам визуализировать эту значительную клиническую проблему в человеческом органе, что имеет значение для лечения муковисцидоза и других заболеваний.
Исследователи создали карты с открытым исходным кодом из свыше чем шестнадцати тысяч молекул и пятидесяти шести микробов, которые теперь станут ресурсом для ученых, изучающих муковисцидоз и другие заболевания, связанные с легкими.
Команда надеется, что эта работа поможет улучшить целенаправленную доставку лекарственных средств, что может быть использовано для устранения слабого проникновения антибиотиков.

Источник: Cell Host & Microbe