Ανάλυση των αλληλεπιδράσεων βακτηριοφάγων, βακτηρίων και επιθηλιακών κυττάρων του αναπνευστικού συστήματος μέσω ενός in vitro συστήματος μικρορευστομηχανικής
Authors: Τζανή-Τζανοπούλου Παναγιώτα 
Published: January 2023

Η κεντρική ιδέα της διδακτορικής διατριβής, στηρίζεται στην in vivo αλληλεπίδραση μεταξύ των βακτηριοφάγων, των βακτηρίων και των επιθηλιακών κυττάρων της αναπνευστικής οδού, η οποία συντελεί στη διατήρηση της ομοιόστασης και συνολικής υγείας των αεραγωγών. Πρόσφατες μελέτες αναφέρουν ότι, η μικροβιακή πυκνότητα και ποικιλότητα στους ασθματικούς αεραγωγούς, διαφέρει σημαντικά σε σχέση με τους υγιείς. Η επικράτηση κυρίως των βακτηρίων Haemophilus (Haemophilus influenzae B, non-typable Haemophilus influenzae), Neisseria, Moraxella catarrhalis, Streptococcus pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Staphylococcus aureus και Pseudomonas aeruginosa στους ασθματικούς αεραγωγούς, έχει συσχετιστεί με την έξαρση των συμπτωμάτων άσθματος και πιθανά οφείλεται, μεταξύ άλλων, σε υποκείμενη έλλειψη ενεργών λυτικών βακτηριοφάγων για τα επικρατέστερα βακτηριακά είδη. Στην παρούσα μελέτη, έγινε απομόνωση λυτικών βακτηριοφάγων για τα βακτηριακά είδη M. catarrhalis, A. baumannni, S. aureus και P. aeruginosa, από ρινοφαρυγγικά δείγματα υγιών εθελοντών δοτών. Επιπλέον, οι επιμέρους αλληλεπιδράσεις μεταξύ βακτηριοφάγων, βακτηρίων και επιθηλιακών κυττάρων της αναπνευστικής οδού, διερευνήθηκαν μέσω διαφορετικών in vitro συστημάτων καλλιέργειας, προκειμένου να αναπτυχθεί το μοντέλο ομοιόστασης μεταξύ των τριών βιολογικών οντοτήτων. Βρογχικά κύτταρα BEAS-2B ή ρινικά κύτταρα που απομονώθηκαν από υγιείς εθελοντές δότες, καλλιεργήθηκαν σε δισδιάστατου ή τρισδιάστατου τύπου στατικές καλλιέργειες, καθώς και σε σύστημα μικρορευστομηχανικής διάταξης, το οποίο σχεδιάστηκε με σκοπό να προσομοιάζει τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της αναπνευστικής οδού. Το τριμερές συμβιωτικό μοντέλο, αναπτύχθηκε μεταξύ των κυττάρων του αναπνευστικού συστήματος, του κλινικά απομονωμένου βακτηριακού στελέχους S. aureus 141 και των λυτικών φάγων PYOSa141, που απομονώθηκαν από το εμπορικό σκεύασμα Pyophage (PYO). Το σκεύασμα PYO παράγεται από την εταιρεία Eliava BioPreparations Ltd (Τιφλίδα, Γεωργία) και χρησιμοποιείται ως συμπληρωματική θεραπεία για την αντιμετώπιση εκτεταμένων βακτηριακών λοιμώξεων, κυρίως στις χώρες της πρώην Σοβιετικής Ένωσης. Η αξιολόγηση του προτεινόμενου in vitro συμβιωτικού μοντέλου, έγινε μέσω μέτρησης της φλεγμονώδους απόκρισης του επικείμενου επιθηλίου, των επιπέδων κυτταρικής βιωσιμότητας (επίπεδα απόπτωσης και νέκρωσης), του οξειδωτικού στρες και της ακεραιότητας του επιθηλιακού φραγμού, σε έξι διαφορετικά χρονικά σημεία που ακολούθησαν του εμβολιασμού. Η συν-επώαση βακτηριοφάγων και επιθηλιακών κυττάρων για συνολικά 16 ώρες, δεν είχε κυτταροτοξική επίδραση στην καλλιέργεια. Η παρουσία των φάγων PYOSa141 στην ίδια καλλιέργεια με τα βακτήρια S. aureus 141 και τα ανθρώπινα κύτταρα, μείωσε σημαντικά τη βακτηριακά επαγόμενη κυτταροτοξικότητα και φλεγμονή. Τα επίπεδα απόπτωσης, νέκρωσης και οξειδωτικού στρες, ήταν μειωμένα στο τριμερές σύστημα καλλιέργειας σε σύγκριση με το διμερές σύστημα καλλιέργειας ανθρώπινων κυττάρων και βακτηρίων. Ο επιθηλιακός φραγμός διατηρήθηκε σε υψηλά επίπεδα τις πρώτες ώρες μετά τον εμβολιασμό στα ρινικά κύτταρα που συμμετείχαν στο τριμερές μοντέλο και καλλιεργήθηκαν στις τρισδιάστατου τύπου στατικές καλλιέργειες και στο σύστημα μικρορευστομηχανικής διάταξης. Το προτεινόμενο τριμερές συμβιωτικό μοντέλο καλλιέργειας, αποτελεί χρήσιμο εργαλείο για την προσομοίωση πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων και θέτει τις βάσεις για τη μελέτη της επίδρασης περισσότερων βιοτικών και αβιοτικών παραμέτρων στο in vitro σύστημα μικρορευστομηχανικής καλλιέργειας.