Naukowcy z University College London, University of Oxford i University of Leicester (Wlk. Brytania) opracowali trójwymiarowy model tkanki ludzkiego pęcherza, w którym odtworzyli także przepływ moczu. Pozwoliło im to badać zakażenia dróg moczowych w warunkach bardzo zbliżonych do tych panujących w organizmie.

Wyniki opisali w czasopiśmie „Nature Communications”.

Zakażenia układu moczowego (ZUM) należą do najczęstszych infekcji bakteryjnych na świecie. Notuje się ok. 400 mln przypadków rocznie. Najczęstszą ich przyczyną są patogenne szczepy Escherichia coli.

Dużym problemem w leczeniu ZUM są nawroty, do których dochodzi u części pacjentów mimo zastosowania antybiotyku. Naukowcy podejrzewają, że jednym z powodów jest zdolność bakterii do wnikania w komórki wyściełające pęcherz, gdzie są trudniej dostępne dla antybiotyków. Mogą tam tworzyć skupiska, które stają się swego rodzaju rezerwuarem zakażenia.

U pacjentów z podejrzeniem zakażenia dróg moczowych często wykonuje się posiew moczu, który pozwala także sprawdzić, na jakie antybiotyki są wrażliwe wyhodowane bakterie. Odbywa się to jednak w uproszczonych warunkach laboratoryjnych, które nie odpowiadają temu, co naprawdę dzieje się w organizmie. Bakterie rosną w pożywce, bez kontaktu z nabłonkiem pęcherza i bez przepływu moczu.

Aby lepiej odtworzyć prawdziwe warunki, badacze wykorzystali trójwymiarową tkankę zbudowaną z ludzkich komórek nabłonka pęcherza. Połączyli ją z urządzeniem pozwalającym przepuszczać nad jej powierzchnią mocz, co miało naśladować zmiany przepływu zachodzące podczas napełniania i opróżniania pęcherza.

Po wprowadzeniu do takiego pęcherza patogennego szczepu E. coli okazało się, że przepływ wyraźnie wpływał na zachowanie bakterii. Łatwiej przyczepiały się one do powierzchni nabłonka i częściej wnikały do jego komórek, gdzie tworzyły skupiska mniej wrażliwe na leczenie.

Następnie autorzy sprawdzili działanie nitrofurantoiny, czyli przeciwbakteryjnego leku powszechnie stosowanego w leczeniu ZUM. W standardowych testach laboratoryjnych bardzo dobrze hamował on wzrost E. coli. W realistycznym modelu nie był już jednak w stanie całkowicie usunąć zakażenia.

Choć lek wyraźnie zmniejszał liczbę bakterii w pęcherzu, część tych, które ukrywały się wewnątrz komórek nabłonka, pozostała nienaruszona. Zdaniem autorów pokazuje to, dlaczego wyniki typowych testów laboratoryjnych nie zawsze dobrze przewidują skuteczność leczenia w organizmie.

Badacze przetestowali również, czy skuteczniejsze byłyby bakteriofagi - wirusy, które zakażają określone bakterie, namnażają się w nich i prowadzą do ich zniszczenia. W doświadczeniu wykorzystali mieszaninę kilku takich fagów.

Okazało się, że choć one same także nie usuwały całego zakażenia, istotnie ograniczały liczbę wewnątrzkomórkowych skupisk E. coli. Była to istotna różnica w porównaniu z nitrofurantoiną, która skuteczniej zmniejszała ogólną liczbę bakterii, ale gorzej radziła sobie z ich ukrytymi rezerwuarami.

Jak podsumowali naukowcy, ich wyniki sugerują, że łącząc obie te metody - standardowy lek oraz bakteriofagi - można by potencjalnie uzyskać lepsze efekty leczenia ZUM.

- Szczególnie obiecujące jest to, że terapia fagowa potrafiła oddziaływać na te ukryte rezerwuary bakterii, które mogą odpowiadać za utrzymywanie się zakażenia i jego nawroty - podsumował główny autor badania dr Ramon Garcia Maset.

Badacze zauważyli ponadto, że fagi wpływały na reakcję samej tkanki pęcherza. Po ich zastosowaniu zmieniało się wydzielanie cytokin i chemokin, czyli cząsteczek uczestniczących w uruchamianiu odpowiedzi immunologicznej i przyciąganiu komórek odpornościowych do miejsca zakażenia.

Katarzyna Czechowicz (PAP)

kap/ agt/