Высокий

Nature Communications, том 13, номер статьи: 7216 (2022) Цитировать эту статью

3722 Доступа

4 цитаты

168 Альтметрика

Подробности о метриках

Модели болезней человека на млекопитающих дороги и подвержены этическим ограничениям. Здесь мы представляем независимую платформу для высокопроизводительного скрининга с использованием личинок табачного червя Manduca sexta, сочетающую методы диагностической визуализации для всесторонней характеристики аберрантных фенотипов. Для проверки мы используем бактериальное/химическое воспаление кишечника, чтобы создать колитоподобный фенотип и выявить значительные изменения в морфологии, свойствах тканей и промежуточном метаболизме, которые усугубляются при прогрессировании заболевания и могут быть устранены с помощью противомикробного лечения. В независимых экспериментах активация высококонсервативной НАДФН-оксидазы DUOX, ключевого медиатора воспаления кишечника, приводит к аналогичным дозозависимым изменениям, которые можно ослабить фармакологическими вмешательствами. Кроме того, разработанная платформа может отличать патогены от мутуалистических желудочно-кишечных бактерий, расширяя сферу применения также на микробиомику и взаимодействие хозяин-патоген. В целом, скрининг на основе личинок может дополнить млекопитающих в доклинических исследованиях для изучения врожденного иммунитета и взаимодействия хозяин-патоген, что представляет собой существенный вклад в улучшение благополучия млекопитающих.

Мелкие млекопитающие являются наиболее широко используемыми моделями для исследования заболеваний человека или для оценки новых технологий визуализации. Однако млекопитающие имеют длительный период генерации, требуют дорогостоящего жилья, и растут этические проблемы, что приводит к включению принципа 3R (замена, сокращение и усовершенствование) в законодательство, регулирующее эксперименты на животных. Недостатки моделей млекопитающих и других позвоночных (таких как рыбки данио или Xenopus) можно преодолеть за счет дополнительного использования насекомых, которые быстро размножаются и могут содержаться в большем количестве при меньших затратах и ​​с меньшими этическими ограничениями. Важно отметить, что насекомые и люди достаточно схожи, чтобы их можно было использовать в качестве моделей заболеваний. Более 60% генов Drosophila melanogaster имеют человеческие ортологи, многие из которых имеют отношение к заболеваниям человека1,2,3,4. Примечательно, что основные компоненты врожденной иммунной системы высоко консервативны у насекомых и млекопитающих5,6,7,8. Сюда входят пути imd и Toll насекомых, которые напоминают пути TNF-α и TLR млекопитающих9,10. Также существуют сходства в путях инсулина и (m)TOR9, а также в выработке активных форм кислорода (АФК) двойной оксидазой НАДФН-оксидазы (DUOX) во время воспаления кишечника11. Эйкозаноиды способствуют воспалению у насекомых и млекопитающих, и оба реагируют на дексаметазон и ингибиторы ЦОГ12,13. Наконец, эффекторные клетки врожденной иммунной системы у насекомых и млекопитающих сопоставимы, демонстрируя схожие иммуно-метаболические регуляции во время иммунного ответа8,14,15, и в обоих случаях цитокины координируют защиту от злоумышленников (таких как бактерии, грибы и вирусы). )5,14. В частности, D. melanogaster улучшил наше понимание врожденного иммунитета млекопитающих16,17. Однако, несмотря на свои достоинства, плодовая мушка слишком мала, чтобы визуализировать воспаление, инфекцию и взаимодействие хозяина и патогена с помощью таких методов визуализации, как компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ).

Чтобы преодолеть ограничения мелких насекомых, мы исследовали использование личинок чешуекрылых в качестве модели воспаления кишечника человека, от которого страдают миллионы людей во всем мире18,19. Важно отметить, что структура эпителия средней кишки и врожденная иммунная система этих личинок гистологически и функционально сравнимы с кишечником человека9,20,21,22. Здесь мы использовали личинки табачного рогового червя Manduca sexta, которые достаточно велики для методов макроскопической визуализации, с ними легко обращаться и их выращивают в больших количествах. Более того, наличие генетических инструментов M. sexta помогает выяснить патологические процессы вплоть до молекулярного уровня23,24. Их компактная форма позволяет одновременно визуализировать несколько животных с помощью клинических сканеров, обеспечивая по-настоящему высокопроизводительный скрининг (рис. 1). С этой целью мы использовали общедоступные стандартные клинические сканеры и оборудование для мелких животных только для проверочных исследований. Мы также проверили совместимость нашей модели с новым методом визуализации мультиспектральной оптоакустической томографии (ОАТ)25.