Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны, Гейдельбергского университета и компании Roche разработали лабораторную модель человеческого мочевого пузыря, которая позволила проследить, как состав мочи влияет на состояние ткани и устойчивость бактерий к лечению. Работа опубликована в журнале Nature Communications (NatCom).
Мочевой пузырь — не просто «резервуар» для хранения мочи. Его эпителий постоянно растягивается и сокращается, контактируя с жидкостью, состав которой меняется в зависимости от гидратации, питания и заболеваний. Известно, что концентрированная моча может повреждать слизистую, но механизм этого процесса у человека до сих пор был неясен.
Инфекции мочевыводящих путей (ИМП) ежегодно поражают более 400 млн человек. Чаще всего их вызывает уропатогенная Escherichia coli. Эти бактерии способны прикрепляться к клеткам мочевого пузыря, проникать внутрь ткани и даже переходить в «спящие» формы, плохо чувствительные к антибиотикам. Полноценной человеческой модели, позволяющей изучать взаимодействие мочи, ткани и бактерий в динамике, до сих пор не существовало.
Ученые вырастили первичные клетки человеческого мочевого пузыря в микрофлюидной системе. За несколько недель сформировался многослойный уротелий — внутренний эпителий пузыря — с барьерными свойствами и способностью растягиваться и сокращаться, имитируя реальные циклы наполнения и мочеиспускания.
Затем модель подвергали воздействию мочи с разной концентрацией растворенных веществ и заражали Escherichia coli. Также проводились «промывки», имитирующие мочеиспускание, и тестировались распространенные антибиотики, включая ципрофлоксацин и фосфомицин.
При длительном воздействии мочи с высокой концентрацией солей и других веществ барьерные структуры между клетками ослабевали, увеличивалась гибель клеток, а активность генов иммунной защиты снижалась. В таких условиях бактерии легче проникали в ткань и накапливались внутри нее.
«В мини-пузырях, подвергшихся воздействию концентрированной мочи, мы обнаружили больше бактерий внутри ткани, и их было сложнее устранить антибиотиками», — отметила первый автор работы Гаури Падутол.
Особенно неожиданной оказалась реакция на фосфомицин: в условиях высокой концентрации растворенных веществ бактерии переходили в форму без клеточной стенки, устойчивую к действию препарата. Эти формы обнаруживались не только в моче, но и глубоко в ткани между клетками. После отмены антибиотика они вновь запускали инфекцию.
Результаты подтвердли, что состав мочи — активный фактор в развитии и рецидивах ИМП. Концентрированная моча ослабляет защитные механизмы слизистой и повышает шансы бактерий пережить лечение.
Разработанная модель мини-мочевого пузыря может стать инструментом для изучения механизмов хронических инфекций и тестирования новых терапевтических стратегий в условиях, приближенных к реальным.
Ранее были созданы бактерии, поедающие раковые опухоли изнутри.