Odkrycie polskich naukowców pomoże w walce z chorobami wątroby

Wątroba filtrem organizmu
Często nazywamy wątrobę filtrem organizmu, ale czy zastawialiście się z czym związana jest ta nazwa? Funkcji wątroby jest tyle, że ciężko wyczerpać je wszystkie – skupmy się zatem na tłuszczach. Po obfitym posiłku do naszej krwi trafia całe morze mikroskopijnych cząsteczek lipidowych. Jest ich tyle, że nasze osocze staje się mętne. Żeby zostały zmetabolizowane tłuszcze muszą trafić do wątroby. W tym celu muszą przejść przez warstwę komórek śródbłonka. Śródbłonek jest pojedynczą warstwą komórek wyścielających wszystkie nasze naczynia krwionośne, oddzielając krew od tkanek. Śródbłonek w najmniejszych naczyniach krwionośnych wątroby, tzw. sinusoidach lub zatokach wątroby ma wyjątkową budowę: zawiera szereg porów – fenestracji, które zebrane w grupy tworzą sita, odpowiedzialne za kontrolowany transport lipidów do wątroby.


Fenestracje
Fenestracje mają rozmiary od 50-300 nanometrów. Jako, że są mniejsze od długości fali światła widzialnego (400 – 900 nanometrów) nie można ich dostrzec pod mikroskopem optycznym. Do tej pory żeby je zobaczyć konieczne było użycie mikroskopii elektronowej. Ta wymaga jednak odpowiedniego preparowania komórek i pokrycia ich cienką warstwą przewodzącego metalu. Uniemożliwia to zatem badanie dynamicznych zmian tych struktur. Dr Bartłomiej Zapotoczny wraz ze współpracownikami z Zakładu Fizyki Nanostruktur i Nanotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego i z Jagiellońskiego Centrum Rozwoju Leków (JCET) opracowali technikę pozwalającą na badanie fenestracji w żywych komórkach śródbłonka zatok wątroby. Technika oparta na mikroskopii sił atomowych pozwoliła po raz pierwszy zobaczyć fenestracje w żywych komórkach. Wyniki opublikowane w 2017 roku w prestiżowym czasopiśmie Scientific Reports pokazują, że możliwe jest nie tylko wykonanie obrazu fenestracji, ale również obserwacje zmian ich struktury w czasie. Zespół pokazał, że w odpowiednich warunkach fenestracje mogą powstawać i znikać w czasie minut a nawet sekund. Podejście krakowskich fizyków docenili naukowcy zajmujący się tymi komórkami od lat. Profesorowie Filip Braet i Eddie Wisse napisali artykuł w Hepatology podkreślając wagę osiągnięcia polskich naukowców. Tak rozpoczynają swój artykuł:

„Pokazanie fenestracji w żywych komórkach było celem naukowców od blisko pięciu dekad [..] Znaczenie tych obserwacji jest ogromne, ponieważ procesy hiperfenestracji i defenestracji ujawniają się w wielu chorobach ludzkich, takich jak zwłóknienie, zapalenie wątroby, stłuszczenie, starzenie i niewydolność wątroby wywołana lekami”.

Inny ich artykuł również poświecony fenestracjom został wyróżniony przez czasopismo Micron.

Obrazy AFM wątrobowych komórek śródbłonka (LSEC). Rozmiar i rozdzielczość obrazów: a) i b) 50 × 50 µm, 256 × 256, c) i d) 10 × 10 µm, 256 × 256. Maksymalna przyłożona siła: 700 pN.

Co to oznacza?
Otyłość i niealkoholowe stłuszczenie wątroby to epidemia XXI wieku. Naukowcy postawili sobie pytanie, dlaczego liczba fenestracji zmniejsza się w stłuszczeniu wątroby, a te fenestracje które pozostają mają często dużo większy rozmiar? Wiadomo, że stłuszczenie wątroby i związany z nim zanik fenestracji zwiększa ryzyko miażdżycy i chorób krążenia. Mniej fenestracji oznacza więcej lipidów w krwiobiegu i ich dłuższy czas retencji, co prowadzi do odkładania się blaszki miażdżycowej i chorób układu krążenia. Z drugiej strony za duże fenestracje nie filtrują dużych cząstek lipidowych i dodatkowo obciążają wątrobę. Jeżeli krakowskim naukowcom uda się opisać strukturę fenestracji i ich zachowanie w określonych warunkach, może w przyszłości zaprojektują lek, który pozwoli w kontrolowany sposób otwierać i zamykać fenestracje.

Publikacja jest udostępniona na zasadach open access: https://www.nature.com/articles/s41598-017-08555-0

Zapotoczny, B., Szafranska, K., Owczarczyk, K., Kus, E., Chlopicki, S., & Szymonski, M. (2017). Atomic Force Microscopy Reveals the Dynamic Morphology of Fenestrations in Live Liver Sinusoidal Endothelial Cells. Scientific reports7, 7994.