«Мини-легкие», выращенные из ткани, переданной в больницы Кембриджа, предоставили группе ученых из Южной Кореи и Великобритании важные сведения о том, как COVID-19 повреждает легкие. В статье в журнале Cell Stem Cell исследователи подробно описывают механизмы, лежащие в основе инфекции SARS-CoV-2 и раннего врожденного иммунного ответа в легких.
На сегодняшний день зарегистрировано более 40 миллионов случаев COVID-19 и почти 1.13 миллионов смертей во всем мире. Основными тканями-мишенями SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, особенно у пациентов с пневмонией, по всей видимости, являются альвеолы - крошечные воздушные мешочки в легких, которые поглощают кислород, которым мы дышим, и обменивают его с углекислым газом. выдохнуть.
Чтобы лучше понять, как SARS-CoV-2 поражает легкие и вызывает заболевание, группа ученых из Великобритании и Южной Кореи обратилась к органоидам – «мини-органам», выращенным в трех измерениях, чтобы имитировать поведение тканей и органов.
Команда использовала ткань, пожертвованную банкам тканей в Королевской больнице Папворта NHS Foundation Trust и больнице Адденбрука, Фонды NHS Кембриджского университета, Великобритания, и больнице Сеульского национального университета, чтобы извлечь тип клетки легкого, известный как клетки легких альвеолярного типа 2 человека. Перепрограммируя эти клетки обратно на их более раннюю стадию «стволовых клеток», они смогли вырастить самоорганизующиеся альвеолярные трехмерные структуры, имитирующие поведение ключевой ткани легкого.
Доктор. Джу-Хён Ли, соавтор и руководитель группы в Кембриджском институте стволовых клеток Wellcome-MRC Кембриджского университета, сказала: "Мы до сих пор на удивление мало знаем о том, как SARS-CoV-2 поражает легкие и вызывает заболевание. Наш подход позволил нам вырастить трехмерные модели ключевой легочной ткани – в некотором смысле «мини-легкие» – в лаборатории и изучить, что происходит, когда они заражаются."
Команда заразила органоиды штаммом SARS-CoV-2, взятым у пациента из Южной Кореи, которому 26 января 2020 года был поставлен диагноз COVID-19 после поездки в Ухань, Китай. Используя комбинацию флуоресцентной визуализации и генетического анализа отдельных клеток, они смогли изучить, как клетки реагируют на вирус.
Когда трехмерные модели подверглись воздействию SARS-CoV-2, вирус начал быстро реплицироваться, достигнув полной клеточной инфекции всего через шесть часов после заражения. Репликация позволяет вирусу распространяться по организму, заражая другие клетки и ткани.
Примерно в то же время клетки начали вырабатывать интерфероны – белки, которые действуют как предупреждающие сигналы для соседних клеток, сообщая им об активации их противовирусной защиты. Через 48 часов интерфероны запустили врожденный иммунный ответ – его первую линию защиты – и клетки начали сопротивляться инфекции.
Через шестьдесят часов после заражения часть альвеолярных клеток начала распадаться, что привело к гибели клеток и повреждению легочной ткани.
Хотя исследователи наблюдали изменения в клетках легких в течение трех дней после заражения, клинические симптомы COVID-19 редко возникают так быстро и иногда могут проявляться более чем через десять дней после заражения. Команда считает, что этому есть несколько возможных причин. От первого проникновения вируса в верхние дыхательные пути до его достижения в альвеолах может пройти несколько дней. Также может потребоваться значительная часть альвеолярных клеток для инфицирования или для дальнейшего взаимодействия с иммунными клетками, приводящего к воспалению, прежде чем у пациента появятся симптомы.
"Основываясь на нашей модели, мы можем решить многие безответные ключевые вопросы, такие как понимание генетической предрасположенности к SARS-CoV-2, оценка относительной инфекционности вирусных мутантов и выявление процессов повреждения вируса в альвеолярных клетках человека," сказал доктор. Ён Сок Джу, соавтор и доцент Корейского передового института науки и технологий. "Что наиболее важно, это дает возможность разрабатывать и проверять потенциальные терапевтические агенты против инфекции SARS-CoV-2."
"Мы надеемся использовать нашу технику для выращивания этих трехмерных моделей из клеток пациентов, которые особенно уязвимы к инфекции, например, пожилых людей или людей с больными легкими, и выяснить, что происходит с их тканями," добавил Dr. Ли.