Colon Chip revela o papel dos fibroblastos na doença inflamatória intestinal

A doença inflamatória intestinal (DII) afecta milhões de pessoas em todo o mundo, mas os cientistas ainda não compreendem por completo o que sustenta a inflamação crónica que lesa o intestino.

Apesar de existirem terapêuticas capazes de controlar os sintomas, continua pouco claro como é que a doença se inicia - e por que motivo evolui de forma tão distinta de doente para doente.

Um dos maiores entraves tem sido reproduzir a doença em laboratório. As culturas celulares convencionais mostram apenas fragmentos isolados da DII, enquanto os modelos animais muitas vezes não reflectem com fidelidade o que acontece no intestino humano.

Por isso, tem sido difícil para os investigadores desfazer o emaranhado de interacções entre diferentes tipos de células que alimentam a inflamação, promovem danos nos tecidos e aumentam o risco de cancro colorrectal.

Agora, um estudo publicado na Nature Biomedical Engineering poderá ajudar a preencher parte dessas lacunas.

Um modelo humano de doença inflamatória intestinal (DII) no “Colon Chip”

A equipa desenvolveu o que poderá ser, até ao momento, o modelo humano de DII mais completo num chip, recorrendo a células doadas por doentes com doença de Crohn e colite ulcerosa, as duas principais formas de DII.

“Que eu saiba, este é o primeiro modelo que recapitula in vitro as exacerbações da doença que mulheres grávidas com DII frequentemente podem experienciar”, afirma o primeiro autor, Alican Özkan, bioengenheiro na Harvard University.

“Talvez ainda mais importante, mostrámos que o nosso sistema permite estudar as fases mais iniciais da formação de cancro em tecidos humanos a crescer num contexto relevante para o órgão, in vitro.”

Ao contrário de muitos modelos laboratoriais tradicionais, o pequeno dispositivo, designado “Colon Chip”, consegue reproduzir em simultâneo várias características centrais da doença, abrindo caminho para observar interacções que, durante muito tempo, foram difíceis de acompanhar.

O papel inesperado dos fibroblastos na inflamação e na barreira intestinal

Entre as observações mais surpreendentes estiveram os fibroblastos - células do tecido conjuntivo normalmente associadas ao suporte estrutural dos órgãos e à reparação de tecidos danificados.

Em vez de se limitarem a um papel passivo, estas células pareciam contribuir activamente para intensificar a inflamação e para fragilizar a barreira protectora do intestino.

Para avaliar esta hipótese, Özkan e colegas combinaram, no mesmo chip, fibroblastos de pessoas com DII com células intestinais saudáveis provenientes das mesmas pessoas.

Os resultados foram marcantes.

Bastou expor as células saudáveis a esses fibroblastos para que passassem a comportar-se como tecido doente, com uma barreira intestinal mais permeável e respostas inflamatórias mais fortes.

Em conjunto, estes dados indicam que os fibroblastos podem ter um peso muito maior na DII do que se pensava.

“Ao combinar células epiteliais correspondentes, fibroblastos estromais, células imunitárias circulantes e forças mecânicas fisiologicamente relevantes, o Colon Chip permite aos investigadores determinar a contribuição de cada componente para a doença”, disse Özkan à ScienceAlert.

Forças mecânicas, hormonas da gravidez e risco de cancro colorrectal

O chip também deu aos investigadores a possibilidade de analisar outro elemento difícil de estudar em laboratório: o alongamento contínuo provocado pelos movimentos intestinais normais.

Ao reproduzirem essas forças mecânicas suaves, verificaram que as respostas inflamatórias e fibróticas se tornavam ainda mais intensas nos chips construídos a partir de tecido de DII.

A equipa usou ainda o dispositivo para explorar de que forma as hormonas associadas à gravidez poderiam influenciar a doença.

Quando chips feitos com células doadas por doentes do sexo feminino foram expostos a essas hormonas, observaram respostas inflamatórias mais fortes e um aumento da deposição de colagénio - alterações ligadas à cicatrização do tecido, conhecida como fibrose.

Um estudo de 2022 publicado na PLOS Biology tinha mostrado que os fibroblastos no cólon adoptam estados inflamatórios durante a inflamação intestinal crónica e ajudam a remodelar o tecido lesado.

O novo trabalho vai mais além ao demonstrar que fibroblastos obtidos de doentes com DII, por si só, foram suficientes para desencadear alterações semelhantes às da doença em tecido intestinal saudável cultivado no chip.

“Este tipo de insight mecanístico seria difícil de obter usando organoides convencionais ou modelos animais”, afirmou Özkan.

“O avanço mais importante é que este modelo vai além de reproduzir a patologia da DII, ao revelar os mecanismos que impulsionam a progressão da doença num sistema totalmente humano e derivado de doentes”, acrescentou.

A equipa debruçou-se também sobre uma das complicações mais graves a longo prazo da DII: o cancro colorrectal.

Para investigar as fases iniciais do desenvolvimento de cancro, expuseram tanto Colon Chips saudáveis como doentes (cada um com células de diferentes dadores) ao carcinogénio N-ethyl-N-nitrosourea (ENU).

Embora ambos os modelos tenham reagido, os chips doentes apresentaram alterações moleculares associadas ao cancro muito mais intensas do que o tecido saudável.

Os investigadores observaram ainda que os fibroblastos pareciam estar no centro desta maior susceptibilidade ao cancro.

O tecido intestinal saudável só começou a expressar marcadores moleculares precoces associados ao cancro depois de ser cultivado em conjunto com fibroblastos recolhidos de doentes com DII.

“A força desta plataforma reside na sua capacidade de recriar com fidelidade o microambiente intestinal humano dinâmico, permitindo que factores individuais da doença sejam estudados isoladamente e em combinação”, disse Özkan à ScienceAlert.

“A integração de células epiteliais e estromais derivadas de doentes com células imunitárias circulantes e forças mecânicas semelhantes à peristalse capta características essenciais da doença inflamatória intestinal que estão ausentes na maioria dos modelos existentes.”

Os resultados são reportados na Nature Biomedical Engineering.

Este artigo foi verificado quanto a factos por Clare Watson e editado por Rebecca Dyer. Apesar de termos orgulho no nosso processo, somos humanos. Se detectar algum erro, por favor avise-nos.