p Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram a primeira ferramenta de visualização espacial 3D para mapear dados "ômicos" em órgãos inteiros. A ferramenta ajuda pesquisadores e médicos a entender os efeitos dos produtos químicos, como metabólitos microbianos e medicamentos, em um órgão doente no contexto de micróbios que também habitam a região. O trabalho pode promover a entrega de medicamentos direcionados para fibrose cística e outras condições onde os medicamentos não conseguem penetrar. p Uma equipe liderada por Pieter Dorrestein, PhD, professor da Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences da University of California San Diego e membro da equipe de liderança do UC San Diego Center for Microbiome Innovation, publicou o estudo em 19 de outubro em Hospedeiro celular e micróbio .

p Cada canto e recanto de um órgão humano tem seu próprio microbioma - os microrganismos e seus genes que estão presentes em um ambiente específico. A anatomia do órgão e seu ambiente (temperatura, nível de pH, disponibilidade de nutrientes, etc.) determinar quais microrganismos estão presentes. Por sua vez, os microrganismos respondem e afetam a presença de terapêuticas.

p "Nossa compreensão da variação espacial da composição química e microbiana de um órgão humano permanece limitada, "disse Dorrestein." Isso se deve em parte ao tamanho e à variabilidade dos órgãos humanos, e a grande quantidade de dados que obtemos de estudos de metabolômica e genômica. "

p Para enfrentar este desafio, A equipe de Dorrestein desenvolveu um fluxo de trabalho de código aberto para mapear dados de metabolômica e microbioma em uma reconstrução de órgão 3D construída a partir de imagens radiológicas.

p Primeiro, os pesquisadores obtiveram um pulmão de um paciente com fibrose cística e o seccionaram. Eles analisaram as amostras para a presença de bactérias, seus metabólitos e fatores de virulência (moléculas que aumentam a eficácia bacteriana e permitem que colonizem um nicho no hospedeiro), e quaisquer medicamentos administrados ao paciente durante o tratamento.

p Próximo, Neha Garg, PhD, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Dorrestein na época, e Mingxun Wang, estudante de pós-graduação no laboratório da UC San Diego de Nuno Bandeira, PhD, modificou uma extensão existente do Google Chrome chamada "ili" para visualizar distribuições de microbiomas e metabolomas em um órgão inteiro.

p "O aplicativo permite ao usuário mapear dados em uma superfície 2D ou 3D, então modificamos o código para nos permitir mapear os dados de abundância não apenas nas superfícies, mas também dentro do modelo, "disse Garg, que agora é professor assistente na Georgia Tech.

p A fim de visualizar a localização espacial das bactérias e moléculas, a equipe adquiriu imagens de tomografia computadorizada de um pulmão humano e as processou para gerar um modelo 3D.

p Com os dados "ômicos" do pulmão de fibrose cística sobrepostos ao pulmão 3D na versão modificada de "ili, "os pesquisadores puderam fazer observações importantes.

p "Pudemos ver que um dos antibióticos administrados ao paciente antes de coletar o tecido não penetrou na parte inferior do pulmão - um fenômeno que não foi observado antes, "disse Garg." Isso se correlacionou com uma maior abundância do patógeno associado à fibrose cística Achromobacter. Assim, diferentes drogas podem penetrar diferencialmente no pulmão, limitar a exposição à dosagem eficaz. Nossa ferramenta permite que pesquisadores e médicos visualizem esta preocupação clínica significativa dentro de um órgão humano pela primeira vez. Isso tem implicações para o tratamento da FC e de outras doenças. "

p Os pesquisadores criaram mapas de código aberto de 16, 379 moléculas e 56 micróbios que agora servirão como recurso para cientistas que pesquisam fibrose cística e outras doenças associadas aos pulmões.

p "À medida que estudos futuros desvendam mais sobre o microbioma e o metaboloma, sua visualização espacial fornecerá um meio de inferir seu significado biológico, "disse Dorrestein." Além disso, a metodologia desenvolvida pode ser estendida a qualquer órgão humano - especialmente aqueles com tumores, que são conhecidos por estarem associados a seus próprios microbiomas únicos. "

p A equipe espera que o trabalho ajude a permitir uma melhor administração direcionada de medicamentos, que poderia ser usado para corrigir a penetração deficiente de antibióticos.