Modelos de nariz em miniatura podem ajudar a prevenir infecções e promover a saúde nasal

Nossos narizes são o lar de uma variedade de bactérias. Alguns, como o Staphylococcus aureus ou o Streptococcus pneumoniae, podem causar infecções graves, especialmente quando as bactérias se tornam resistentes aos antibióticos. Outras bactérias, como a menos conhecida Dolosigranulum pigrum, são frequentemente encontradas em narizes saudáveis ​​e podem ajudar a manter as bactérias nocivas afastadas.

Para entender melhor como diferentes bactérias interagem com o revestimento do nariz humano, pesquisadores do Baylor College of Medicine usaram recentemente um modelo em miniatura do nariz humano para estudar como as bactérias podem viver nas passagens nasais.

“Trabalhamos com organoides nasais humanos (HNOs), uma camada de células cultivadas em laboratório como aquela que reveste o interior de nossos narizes, que é o ponto de primeiro contato entre as bactérias nasais e nós”, disse a autora correspondente, Dra. Katherine P. Lemon, professora associada de doenças infecciosas pediátricas e de virologia molecular e microbiologia em Baylor.

“Nas pessoas, as células que revestem o interior do nariz, o epitélio, são expostas ao ar de um lado e ao sistema circulatório sanguíneo no lado oposto. Nossas culturas de HNO produzidas pelo 3D Organoid Core de Baylor imitam essa situação.”

Os pesquisadores do núcleo coletam o epitélio esfregando um nariz humano e cultivando células em laboratório. Algumas dessas células sobreviverão indefinidamente, para que possam ser armazenadas e se tornarem um recurso de longo prazo. O núcleo então desenvolve alguns deles em placas de cultura de tecidos que fornecem uma interface ar-líquido, onde a parte superior do epitélio é exposta ao ar e a parte inferior é banhada em um líquido que fornece nutrientes às células.

Em comparação com outros modelos de laboratório, como linhas celulares derivadas de câncer ou modelos animais, os HNOs oferecem diversas vantagens. Eles se assemelham muito ao tecido nasal humano real, podem ser usados ​​em vários experimentos ao longo dos anos e refletem a diversidade genética de doadores humanos.

Usando este modelo, os primeiros autores Andrea I. Boyd e Leah A. Kafer, estudantes de pós-graduação no laboratório Lemon, e seus colegas estudaram como diferentes tipos de bactérias – S. aureus, S. pneumoniae e D. pigrum – colonizam independentemente as células epiteliais nasais e como essas células respondem às bactérias.

Os pesquisadores relatam em mSphere que todas as três bactérias foram capazes de colonizar os HNOs sem causar danos significativos. Eles permaneceram na camada mucosa e não invadiram as células. Isto é importante porque a colonização – viver na superfície – é diferente da infecção – a invasão e danos aos tecidos. Os HNOs toleraram bem as bactérias, mostrando apenas sinais mínimos de estresse celular.

“As três bactérias colonizaram e desencadearam diferentes respostas imunológicas nas células nasais”, disse Lemon.

Por exemplo, S. aureus causou uma forte reação, fazendo com que as células epiteliais nasais produzissem interleucina-1, um tipo de citocina ou molécula que sinaliza ao corpo para responder a ameaças como micróbios nocivos com uma resposta imunológica. S. pneumoniae aumentou os níveis de outra citocina, CXCL11, que também está envolvida nas respostas imunológicas. Isto sugere que mesmo sem causar danos, as bactérias colonizadoras ainda podem estimular o sistema imunológico.

Por outro lado, D. pigrum, a bactéria benéfica, reduziu a produção de uma citocina chamada CXCL10. Esta molécula está envolvida na inflamação e nas respostas imunológicas. Níveis mais baixos de CXCL10 podem ajudar a reduzir a inflamação prejudicial, sugerindo que D. pigrum pode ter efeitos protetores. Todas as três bactérias, vivas ou mortas, aumentaram a produção de certas citocinas como G-CSF e CCL20. Essas moléculas ajudam a recrutar células do sistema imunológico, como neutrófilos e linfócitos, para o local da colonização.

“Quando as pessoas me perguntam: ‘No que você trabalha?’ Normalmente respondo: ‘Estudo como as bactérias boas podem manter as bactérias ruins longe do nariz das pessoas’. O modelo HNO oferece uma nova maneira de estudar detalhadamente essas interações bacterianas em crianças e adultos. Poderia ser usado para testar como diferentes cepas bacterianas se comportam, como múltiplas espécies interagem e como a comunidade microbiana nasal, a microbiota, afeta doenças como sinusite crônica ou infecções respiratórias”, disse Lemon.