Se vocêficar nervoso, vocêpode sentir isso em seu intestino. Se vocêcomer chili, seu intestino pode se revoltar, mas seu amigo pode comer qualquer coisa e se sentir bem. Vocaª pode estourar o ibuprofeno como um doce sem efeitos nocivos, mas a barriga do seu amigo pode sangrar e não obter ala­vio da dor. Por que éisso? A resposta rápida éporque somos todos diferentes. As próximas perguntas são quanto diferentes exatamente, e o que essas diferenças significam para a saúde e a doena§a? Responder a isso émuito mais difa­cil, mas o laboratório da Faculdade de Medicina da UNC de Scott Magness, Ph.D., estãorevelando algumas respostas cienta­ficas interessantes.

Pela primeira vez, o laboratório Magness usou tratos gastrointestinais humanos inteiros de três doadores de órgãos para mostrar como os tipos de células diferem em todas as regiaµes do intestino, para esclarecer as funções celulares e mostrar as diferenças de expressão gaªnica entre essas células e entre os indiva­duos.

Este trabalho, publicado na Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology , abre as portas para explorar as muitas facetas da saúde intestinal de uma maneira muito mais precisa e com maior resolução do que nunca.

“Nosso laboratório mostrou que épossí­vel aprender sobre a função de cada tipo de canãlula em processos importantes, como absorção de nutrientes, proteção contra parasitas e produção de muco e horma´nios que regulam o comportamento alimentar e a motilidade intestinal”, disse Magness, professor associado do Joint UNC-NC Departamento Estadual de Engenharia Biomédica e autor saªnior do artigo. “Tambanãm aprendemos como o revestimento intestinal pode interagir com o ambiente por meio de receptores e sensores, e como as drogas podem interagir com diferentes tipos de células”.

Pense em uma ta­pica locução comercial farmacaªutica quando o dublador recita agradavelmente possa­veis efeitos colaterais, como diarreia, va´mito, sangramento intestinal e outros danos colaterais desagrada¡veis. Bem, o laboratório Magness estãotentando entender por que esses efeitos colaterais acontecem, atéonívelde células individuais, suas funções, suas localizações e seus genes.

Para esta pesquisa, o laboratório Magness concentrou-se no epitanãlio: a camada espessa de uma única canãlula que separa o interior dos intestinos e do ca³lon de todo o resto. Como outras populações de células e a microbiota, o epitanãlio éincrivelmente importante para a saúde humana e hános os cientistas o exploram. Mas atéagora, os pesquisadores são podiam fazer bia³psias minaºsculas do tamanho de gra£os de arroz de algumas partes do trato digestivo, geralmente do ca³lon ou de regiaµes limitadas do intestino delgado.

"Tal exploração seria como olhar para os Estados Unidos do Espaço, mas apenas investigar o que estãoacontecendo em Massachusetts, Oklahoma e Califa³rnia", disse Magness. "Para realmente aprender sobre opaís, gostara­amos de ver tudo."

Magness apoiou-se em co-primeiros autores, pa³s-doutorando Joseph Burclaff, Ph.D., e estudante de pós-graduação, Jarrett Bliton, ambos estagia¡rios no laboratório Magness.

"Nãoapenas queremos identificar onde as células estãolocalizadas, mas queremos saber exatamente quais tipos de células fazem o quaª e por quaª", disse Burclaff. "Então, mantendo a analogia do mapa, não queremos apenas dizer 'oh, la¡ estãoa Carolina do Norte'. Queremos saber onde conseguir o melhor churrasco. Queremos uma visão doníveldo solo para saber o ma¡ximo possí­vel. "

No passado, os pesquisadores misturavam essas bia³psias do tamanho de arroz para identificar todos os tipos de células epiteliais e aprender algumas caracteri­sticas gerais dessas células. A abordagem de Magness foi amostrar milhares de células individuais de todas as partes do trato digestivo inferior (intestino delgado e ca³lon) para criar um atlas e então estudar os papanãis potenciais dessas células atravanãs dos genes que cada canãlula expressa. Saber tudo isso aprofundaria o conhecimento cienta­fico sobre o epitanãlio intestinal e, esperana§osamente, encorajaria outros cientistas a explorar a função de cada canãlula na biologia, na doença e no infeliz cena¡rio dos efeitos colaterais farmacaªuticos.

Para fazer um mergulho celular individual tão profundo, Magness precisava de duas coisas: melhor tecnologia e todo o trato digestivo dos humanos.

UNC-Chapel Hill adquiriu tecnologia de sequenciamento de RNA de última geração hávários anos para a criação do Advanced Analytics Core Facility atravanãs do UNC Center for Gastrointestinal Disease and Biology, que desenvolveu o peso cienta­fico e intelectual - corpo docente de pesquisa, equipe, pa³s-doutorandos e estudantes—usar equipamentos de última geração.

O Grupo Magness adquiriu tratos digestivos humanos por meio de um acordo de pesquisa com os servia§os de doadores de órgãos da HonorBridge. Quando os intestinos são colhidos para transplante e se não forem reivindicados por grupos de alta prioridade, a equipe da HonorBridge coordena com o Grupo Magness para doar os órgãos de grau de transplante para pesquisa.

Seis a oito horas após a colheita, o laboratório Magness recebe tratos intestinais intactos, cada um com cerca de 15 a 30 panãs de comprimento. Eles removem a camada epitelial, que éum longo pedaço de tecido conectado, apesar de ter apenas uma canãlula de espessura. Em seguida, os pesquisadores usam enzimas para quebrar o epitanãlio em células individuais. Para este estudo, eles repetiram isso para órgãos de três doadores separados.

Usando a tecnologia de sequenciamento para caracterizar a expressão gaªnica, o grupo Magness primeiro extrai o RNA de cada canãlula, mantendo cada canãlula separada, e então eles executam o sequenciamento de canãlula única, que tira um instanta¢neo de quais genes cada canãlula intestinal estãoexpressando e quanto.

“A imagem que obtemos de cada canãlula éum mosaico de todos os diferentes tipos de genes que as células produzem e esse complemento de genes cria uma ‘assinatura’ para nos dizer que tipo de canãlula ée potencialmente o que estãofazendo”, disse Magness. . "a‰ uma canãlula-tronco ou uma canãlula mucosa ou uma canãlula produtora de horma´nios ou uma canãlula de sinalização imunola³gica?

Burclaff acrescentou: "Conseguimos ver as diferenças nos tipos de células em todo o trato digestivo e podemos ver diferentes na­veis de expressão gaªnica nos mesmos tipos de células de três pessoas diferentes. Podemos ver os diferentes conjuntos de genes ativados ou desativados em células individuais. a‰ assim, por exemplo, que podemos comea§ar a entender por que algumas pessoas formam toxicidade para certos alimentos ou drogas e outras não."

Um grande problema com esse tipo de pesquisa éa grande quantidade de dados produzidos. O sequenciamento de uma única canãlula capta cerca de 11.000 'leituras', ou amostras individuais de produtos gaªnicos em apenas uma canãlula, e em muitos milhares de células individuais , cada uma com diferentes combinações dos mais de 20.000 genes humanos que são ativados ou desativados. Isso cria quase 140.000.000 pontos de dados para todas as 12.590 células do estudo que precisam ser colocadas em um formato visualiza¡vel para que os cientistas possam entender a vasta quantidade de informações.

"O cérebro humano são pode compreender duasDimensões , três éum desafio", disse Magness. "Adicione tempo, e éainda mais complicado compreender o que uma única canãlula estãofazendo. A quantidade de dados que nossos experimentos produziram foi basicamente milhões deDimensões de uma são vez."

Bliton desenvolveu técnicas computacionais para filtrar os dados para produzir um conjunto de dados gerencia¡vel que inclua­a populações de células de todas as partes do trato GI. Então, com base no que Magness e outros pesquisadores já haviam aprendido sobre cada tipo de canãlula, Bliton poderia identificar computacionalmente cada tipo de canãlula de cada regia£o. Ele então plotou esses dados de uma maneira que os humanos pudessem entender e interpretar.

Controlar os imensos dados permitiu que os cientistas aprendessem muito sobre cada tipo de canãlula. Considere a canãlula de tufo, descoberta há40 anos e assim chamada porque parece ter tufos de cabelo em suasuperfÍcie. Acontece que essas células de tufo expressam genes semelhantes aos das papilas gustativas da la­ngua. Outros pesquisadores descobriram que essas células de tufos detectavam infecções por vermes e enviavam sinais ao sistema imunológico para iniciar a guerra. O laboratório Magness mostrou que as células do tufo exibem um conjunto de genes considerados importantes para detectar e "provar" outros tipos de conteaºdo intestinal, para que possam sinalizar o sistema imunológico, se necessa¡rio. Isso representaria uma função muito mais ampla do que detectar se háum parasita em seu intestino ou não.

"Nãoapenas descrevemos cada tipo de canãlula e cada gene que expressam individualmente, mas também analisamos as funções potenciais", disse Burclaff. "Se vocêobservar o muco intestinal, que éuma mistura complexa que protege as células, mostramos quais células expressam várias protea­nas de mucina, quanto e em quais regiaµes do trato digestivo. Observamos onde as enzimas especa­ficas que digerem os alimentos são expressas Observamos células com expressão de genes anti-inflamata³rios e genes de sinapse onde o intestino provavelmente estãoconectado a nervos para que possa falar com o resto do corpo. Observamos aquaporinas, protea­nas envolvidas na transferaªncia de águaatravanãs da membrana intestinal."

O que o grupo Magness descobriu foi umníveltotalmente novo de variação em funções potenciais que não haviam sido avaliadas anteriormente atravanãs da mistura de amostras de bia³psia.

Os pesquisadores exploraram todos os receptores epiteliais osas protea­nas dasuperfÍcie celular usadas para se comunicar com outras células e moléculas e com o ambiente do intestino. Magness e seus colegas puderam ver quais receptores eram mais expressos e em quais tipos de células, pintando uma nova imagem de como as células podem interagir com o conteaºdo intestinal, como nutrientes, micróbios, toxinas e drogas.

"Atéonde sabemos, somos os primeiros a fazer esse tipo de análise em todo o intestino humano de três doadores completos", disse Bliton. "Podemos olhar para cada tipo de canãlula e prever quais produtos farmacaªuticos podem afetar cada tipo de canãlula individualmente."

Por exemplo, háuma classe de medicamentos para tratar doenças inflamata³rias intestinais; eles são projetados para atingir alvos específicos, certas células imunola³gicas que desencadeiam a inflamação. Mas o laboratório Magness descobriu que algumas células epiteliais expressam os mesmos genes das células imunes que se destinam a ser o alvo. Esta descoberta indica que pode haver efeitos "fora do alvo" em células epiteliais que não são intencionais e podem levar a efeitos colaterais.

"Isso não era conhecido", disse Burclaff. "Muitas drogas tem efeitos colaterais gastrointestinais ruins. E pode ser porque as drogas estãoafetando células individuais ao longo de todo o comprimento do trato GI. Mostramos onde esses receptores são mais expressos e em quais tipos de células ."

Esse tipo de conhecimento éapenas um resultado do estudo inicial do laboratório Magness.

"Queremos que a comunidade cienta­fica, médica e farmacaªutica use o que descobrimos", disse Magness. "Adotamos uma abordagem anala­tica para abordar metodicamente cada tipo de canãlula, produzir planilhas fa¡ceis de ler e acessa­veis para a maioria dos cientistas e mostrar vários exemplos do que podemos descobrir com esse tipo de abordagem de alta resolução e precisão".

Além dos pesquisadores mencionados, outros autores são Keith Breau, Meryem Ok, Ismael Gomez-Martinez, Jolene Ranek, Aadra Bhatt, Jeremy Purvis e John Woosley, todos da UNC-Chapel Hill.