Zespół krótkiego jelita: jak pomόc mogą komórki macierzyste?

Zespół krótkiego jelita (ZKJ) to grupa schorzeń spowodowanych przez niemożność wchłaniania w jelicie cienkim wystarczającej ilości wody, składników odżywczych i minerałów, aby pozwolić na normalny wzrost i utrzymanie właściwego stanu zdrowia. ZKJ jest często spowodowane skróceniem jelita o połowę (lub więcej). ZKJ można zdiagnozować poprzez badanie fizykalne, badanie krwi, prześwietlenie oraz badanie kału, w którym bada się zdolność organizmu do trawienia i wchłaniania tłuszczów.

Jelito cienki pełni istotną funkcję we wchłanianiu większości spożywanych składników odżywczych i wody, jednak dzieje się tam również wiele rzeczy, z których nie zdajemy sobie sprawy. Nasze jelita pozostają w symbiotycznym związku, tworząc idealne środowisko życia bakterii, które uzyskują pożywkę, chronione środowisko oraz idealną temperaturę do wzrostu. W rewanżu bakterie pomagają rozbić pokarm na molekuły, które mogą zostać wchłonięte przez jelito i które utrzymują jego wyściółkę w odpowiednim stanie. Jelito cienkie zawiera również małe elementy przepychające jedzenie i odpadki oraz zbierające składniki odżywcze; układ nerwowy, mięśnie, złożoną sieć naczyń krwionośnych, wiele wyspecjalizowanych komórek, i, co najważniejsze, komórki macierzyste. Te ‘Tkankowe komórki macierzyste’ są kluczowe dla tworzenia i naprawy jelita i nieustannie produkują nowe komórki. Jest to szczególnie istotne dla wyściółki jelita cienkiego (nabłonka), która posiada wiele rozpadlin i wypustek, nazywanych kryptami i kosmkami. Kosmki rozciągają się do środka jelita i znacznie przyspieszają szybkość i zdolność wchłaniania składników odżywczych. Jeśli jednak komórki tworzące kosmki zostaną narażone na działanie niekorzystnych warunków, ich czas życia się skraca i muszą być nieustannie zastępowane.

Komórki macierzyste pozostające w kryptach (rozpadlinach) muszą zastępować WSZYSTKIE komórki kosmków co 3 do 5 dni! Te i inne komórki macierzyste mogą również naprawiać drobne i umiarkowane uszkodzenia jelita. Jeśli jednak powstanie znaczne uszkodzenie, komórki macierzyste mogą nie być w stanie go naprawić, co prowadzi do niewydolności jelita, będącej poważnym, zagrażającym życiu problemem zdrowotnym. Aby ratować życie, lekarze usuwają niesprawną lub martwą część jelit. Jeśli usunięte odcinki są duże, może to prowadzić do zespołu krótkiego jelita.

ZKJ jest często omawiany w kontekście dorosłych i niemowląt. Większość przypadków u dorosłych i dzieci powstaje na skutek chirurgicznego usunięcia uszkodzonych części jelita cienkiego.

U dorosłych ZKJ może wystąpić, jeśli inny problem medyczny wymaga usunięcia połowy lub więcej jelita cienkiego. Problemy medyczne, które mogą wymagać usunięcia części jelita to, między innymi, nowotwory jelita, zakrzepy, obumarcie neuronów kontrolujących jelita, uszkodzenia mechaniczne (takie jak poważne obrażenia brzucha) lub poważne przypadki choroby Crohna. U niemowląt problemy rozwojowe mogą spowodować uszkodzenie lub obumieranie części jelita cienkiego. Przykładem jest martwicze zapalenie jelit, podczas którego dochodzi do obumarcia mięśni i nerwów w jelicie noworodka, które przestaje funkcjonować. Chirurgiczne usunięcie tych obszarów może spowodować znaczne skrócenie jelita cienkiego i prowadzić do ZKJ. Niektóre noworodki z ZKJ rodzą się bez części jelita cienkiego, jednak jest to znacznie mniej powszechne.

W większości przypadków leczenie ZKJ (zarówno u niemowląt, jak i dorosłych) rozpoczyna się od dostarczenia składników odżywczych i wody bezpośrednio do krwioobiegu (żywienie pozajelitowe). Pozwala to jelitom zregenerować się po zabiegach chirurgicznych i później zaadaptować się do funkcjonowania w krótszej postaci. Jednak nawet jeśli jelitom uda się dostosować i możliwe będzie zaprzestanie żywienia pozajelitowego, konieczne jest stałe podawanie suplementów diety lub utrzymywanie diety.

Leczenie może obejmować podawanie leków (takich jak leki przeciwbiegunkowe) spowalniających procesy trawienne, które zapewniają więcej czasu na wchłonięcie składników odżywczych. Często również przepisywane są hormony wspierające wzrost i procesy adaptacyjne komórek jelita. W ciężkich przypadkach wykonywane są przeszczepy jelita cienkiego. Stanowią one duże wyzwanie ze względu na bakterie zwykle znajdujące się w jelicie, które mogą doprowadzić do zakażenia. Liczba dawców jelit jest również ograniczona. Należy pamiętać, że jelito cienkie jest podzielone na odcinki pełniące różne funkcje. Przeszczepy wykonywane są tylko w przypadku usunięcia i konieczności zastąpienia kluczowych odcinków jelita cienkiego.

Obecnie badane są różne metody leczenia ZKJ, od leków, przez zabiegi chirurgiczne i komórki macierzyste, po hodowanie sztucznych jelit w laboratorium. Wielu naukowców, takich jak dr Simon Eaton badający biochemię i metabolizm jelit w  University College London (UCL), skupia się na zrozumieniu, w jaki sposób komórki w jelicie zmieniają się na skutek chorób i leczenia chirurgicznego, co jest pierwszym istotnym krokiem w leczeniu chorób i powikłań, takich jak ZKJ. Celem niektórych naukowców jest zapobieganie ZKJ, badają oni więc sposoby leczenia (także oparte na komórkach macierzystych) chorób jelit, by nie dopuścić do usunięcie odcinków jelita.

Klinicyści badają również, jakie strategie chirurgiczne mogą zostać wykorzystane do zminimalizowania wpływu usunięcia odcinków jelita cienkiego. Badane są metody chirurgiczne leczenia ZKJ, takie jak wszczepianie zastawek do jelita cienkiego w celu spowolnienia przechodzenia pokarmu. Inne badane metody leczenia ZKJ obejmują leki i hormony takie jak Teduglutyd, który wspiera wchłanianie większej ilości wody i składników odżywczych przez komórki jelit.

Niektóre zespoły naukowców skupiają się na bioinżynierii jelita cienkiego, procesie sztucznego budowania lub hodowania odcinków jelita cienkiego do przeszczepu. Przykładem zespołu pracującego nad stworzeniem odcinków jelita cienkiego jest  Intestinal Tissue ENgineering Solution (INTENS) program badawczy (więcej poniżej). Takie zaawansowane technologie nie będą jednak stosowane w leczeniu jeszcze przez wiele lat. Zanim na podstawie eksperymentu opracowana zostanie terapia, która przejdzie pomyślnie badania kliniczne i zostanie zatwierdzona do stosowania jako bezpieczna i skuteczna, upłynąć musi wiele lat.  

Jeśli chcesz poznać najnowsze wiadomości na temat leczenia ZKJ, informacje o prowadzonych badaniach klinicznych znajdziesz na clinicaltrials.gov.

Naukowcy zajmujący się wieloma dziedzinami badań związanymi z leczeniem ZKJ wykazują duże zainteresowanie komórkami macierzystymi. Komórki macierzyste oferują możliwość naprawy, leczenia i odrastania odcinków jelita cienkiego, jednak ich wykorzystanie wymaga wielu lat badań w celu zrozumienia podstaw działania komórek macierzystych i tego, jak mogą pomóc w leczeniu chorób. Poniżej przedstawiono kilka sposób wykorzystania komórek macierzystych.

Jednym z obszarów jest badanie możliwości leczenia z wykorzystaniem komórek macierzystych w przypadku problemów z jelitem zanim konieczne będzie usunięcie jego uszkodzonych części. Laboratorium Nikhila Thapara w UCL bada sposoby wykorzystania komórek macierzystych do odbudowy części układu nerwowego jelit, co mogłoby pomóc chorym cierpiącym na neuropatię jelitową (niewydolność układu nerwowego jelit, nazywaną także “rzekomą niedrożnością jelit”). Leczenie pozwalające odbudować układ nerwowy w jelitach przyczyniłoby się do zapobiegania operacjom prowadzącym do ZKJ.

Naukowcy wykorzystują również komórki macierzyste do hodowli organoidów jelita cienkiego (przypominających narządy tworów). Te malutkie grupy komórek układają się w pofałdowane warstwy naśladujące strukturę i funkcje wyściółki jelita cienkiego (nabłonka). Organoidy mogą być tanim i szybkim sposobem badania, w jaki sposób jelito funkcjonuje, rośnie, goi się po uszkodzeniu i zastępuje komórki. Mogą one być również użyteczne w badaniu chorób, leków i nowych terapii w laboratorium, zanim przeprowadzone zostaną próby na zwierzętach czy ludziach.

Jeśli operacja usunięcia jelita cienkiego jest nieunikniona, przeszczep komórek macierzystych może pomóc w naprawie jelita po operacji i odtworzeniu utraconych komórek i tkanek. Naukowcy w ramach międzynarodowej inicjatywy INTENS badają, w jaki sposób wykorzystać można komórki macierzyste do hodowania na biologicznych rusztowaniach nadających się do przeszczepu odcinków jelita. Jest to ambitny projekt, ponieważ jelita zawierają wiele różnych rodzajów komórek, dzięki którym organ funkcjonuje. Mimo to naukowcy czynią pewne postępy.

Jednym ze złożonych problemów związanych z budowaniem tkanki jelit w laboratorium jest zmuszenie komórek macierzystych do przyjęcia kształtu jelita. Badania prowadzone w laboratorium Pablo de Coppi w UCL wykazały, że rusztowania białkowe wykonane z tkanek dawcy pozbawionych oryginalnych komórek stanowi właściwą strukturę początkową, do której komórki macierzyste przywierają i na której rosną. Inne aspekty bioinżynierii jelita, takie jak tworzenie mięśni i układu nerwowego, są nadal w fazie badań, a opracowanie bezpiecznych i pewnych metod leczenia może trwać lata, warto jednak czekać na efekt końcowy. Wykorzystanie własnych komórek macierzystych do wyhodowania jelita znacznie zmniejszyłoby ryzyko odrzucenia przeszczepu i pozwoliłoby uniknąć poszukiwania kompatybilnych dawców.

The US National Institute of Health is a world-renown resource for information on many different types of diseases and disabilities. This is their page on SBS.

MedScape is an good source for general information on SBS as well as many other medical issues.

The INTENS website describes a on-going bioengineering research project focused on developing artificial / laboratory-grown intestines to treat SBS. This large project has many collaborating partners from academic research to clinical hospitals to industry.

Patient.info is a website that gives a wealth of information on many subjects including SBS.

NORD - The National Organization for Rare Disorders includes a page on short bowel syndrome, which is informative and gives other references.

NICE - Drugs and treatment guidelines for SBS

Journal Article Publications:

(note that some of these publications may not be available to view without a subscription)

• Amin Pappas, Iyengar & Maheshwari. Short Bowel Syndrome in the Nicu. Clinics in Perinatology. (2013) 40(1):53-68. doi:10.1016/j.clp.2012.12.003
• Cohran, Prozialeck & Cole. Redefining short bowel syndrome in the 21st century. Pediatric Research (2017) 81:540–549 doi:10.1038/pr.2016.265
• Höllwarth. Surgical strategies in short bowel syndrome. Pediatric Surgery International. (2017) 33:413– 419 doi:10.1007/s00383-016-4043-6
• Kim & Keam. Teduglutide: A Review in Short Bowel Syndrome. Drugs (2017) 77:345–352 doi:10.1007/s40265-017-0703-7
• Rouch & Dunn. New Insights and Interventions for Short Bowel Syndrome. Current Pediatric Reports (2017) 5:1–5 doi:10.1007/s40124-017-0119-6

Broszura została opracowana przez Ryana Lewisa w czerwcu 2017 roku i  zrecenzowana przez Nikhila Thapara, University College London.

Zdjęcia i filmy

Zdjęcia: komórki nabłonka: odpowiednio w zdjęciu wprowadzającym i “Czy wiesz”,  dr Luke Boulter i dr Tom Bird MRC Centre for Regenerative Medicine, University of Edinburgh (prawa autorskie należą do wspomnianego autora/ów), chyba że zaznaczono inaczej).

Filmy: Filmowanie i produkcja,  Ryan Lewis Scidelight. Film ten powstał we współpracy pomiędzy konsorcjum na rzecz badań nad komórkami macierzystymi INTENS i EuroStemCell. Oba projekty otrzymują fundusze w ramach programu Horyzont 2020, umowa grantowa numer 668294 i 652796. Chcielibyśmy podziękować naukowcom z INTENS, którzy przyczynili się do powstania tego filmu.