Detectarea precoce a proceselor inflamatorii reprezintă una dintre marile provocări ale medicinei, deoarece inflamaţia se poate instala cu mult timp înainte ca simptomele să devină vizibile. Cercetătorii testează un nou tip de ţesut biologic experimental, care ar putea indica inflamaţia direct la nivelul pielii, fără analize de sânge sau dispozitive electronice.
O echipă de cercetători din Japonia a dezvoltat piele artificială, capabil să emită un semnal fluorescent verde atunci când detectează semnale inflamatorii în organism.
Ţesutul, obţinut din celule stem de keratinocite umane modificate genetic, a fost transplantat la şoareci şi a funcţionat ca un sistem biologic de avertizare timpurie a inflamaţiei.
Echipa a modificat genetic celule stem ale pielii astfel încât acestea să producă o proteină fluorescentă verde atunci când sunt expuse la molecule inflamatorii asociate răspunsului imun, precum TNF-α (factorul de necroză tumorală alfa, un mediator important al inflamaţiei).
După testarea mai multor variante genetice, a fost selectată configuraţia care genera cel mai intens semnal. În experimentele de laborator, celulele au înceut să emită fluorescenţă la aproximativ 12 ore după expunerea la semnale inflamatorii, iar intensitatea semnalului a crescut proporţional cu nivelul inflamaţiei.
Din aceste celule modificate, echipa a construit un ţesut de cutanat stratificat, care, în câteva zile, a căpătat o structură similară pielii normale. Ţesutul a fost apoi transplantat pe şoareci, unde s-a integrat şi a continuat să se dezvolte. După implantare, peticul de piele s-a îngroşat treptat şi a dobândit caracteristici structurale apropiate de cele ale pielii umane.
Un element esenţial al studiului a fost funcţionarea pe termen lung.
Implanturile cutanate au rămas stabile şi active timp de peste 200 de zile. Celulele stem s-au reînnoit continuu, menţinând capacitatea de detecţie fără a fi nevoie de baterii sau intervenţii externe.
La aproximativ două luni de la transplant, cercetătorii au declanşat artificial inflamaţia în apropierea implantului. În decurs de 24 de ore, ţesutul a început să emită fluorescenţă, cu un maxim la una-două zile, urmat de diminuarea semnalului pe măsură ce inflamaţia s-a redus.
Testele au arătat că implantul poate răspunde repetat la episoade inflamatorii. La patru săptămâni după primul test, acelaşi implant a reacţionat din nou cu o intensitate comparabilă.
Într-un alt set de experimente, cercetătorii au indus un răspuns imun prin administrarea unor componente bacteriene. Implantul nu a reacţionat direct la aceste substanţe, ci la moleculele inflamatorii eliberate de sistemul imunitar al animalelor, indicând că poate monitoriza răspunsul inflamator general al organismului.
Autorii subliniază că sistemele biologice au un avantaj major faţă de dispozitivele artificiale.
Moleculele inflamatorii circulă în cantităţi foarte mici şi au o durată scurtă de viaţă în sânge, ceea ce le face dificil de surprins prin analize uzuale. Celulele, în schimb, amplifică semnalul prin mecanismele lor interne, transformând un stimul slab într-un semnal vizibil.
În plus, celulele modificate au reacţionat selectiv la semnalele inflamatorii ţintă, ignorând alte substanţe testate.
Studiul a fost realizat pe şoareci cu sistem imunitar compromis, ceea ce limitează extrapolarea directă la oameni. Autorii menţionează că vor fi necesare teste suplimentare pe modele cu imunitate intactă pentru a evalua riscul de respingere a ţesutului sau de declanşare a unor reacţii inflamatorii nedorite.
De asemenea, dimensiunea implantului influenţează intensitatea semnalului, iar proteina fluorescentă ar putea provoca reacţii imune în anumite condiţii.
Studiul inovator a fost publicat în revista Nature Communications, iar cercetătorii consideră că aplicaţiile clinice la om sunt încă îndepărtate. Totuşi, conceptul de monitorizare continuă a inflamaţiei, înainte de apariţia simptomelor, ar putea deschide noi direcţii în prevenţia bolilor.
Autorii sugerează că, în viitor, celule similare ar putea fi adaptate pentru a detecta şi alţi biomarkeri biologici, nu doar inflamaţia.
