Органоиды из стволовых клеток раскроют новые методы лечения COVID-19
Мини-легкие, выращенные из стволовых клеток, помогли лучше понять механизм повреждения лёгких при COVID-19. Исследователи смогли подробно описать механизмы, лежащие в основе заражения SARS-CoV-2 и раннего врожденного иммунного ответа в легких.
На сегодняшний день во всем мире зарегистрировано более 40 миллионов случаев COVID-19 и почти 1,13 миллиона смертей. Основными тканями-мишенями SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, особенно у пациентов с пневмонией, по всей видимости, являются альвеолы - крошечные сферические структуры в легких, в которых происходит переход кислорода в кровь и удаление углекислого газа из крови.
Чтобы лучше понять, как SARS-CoV-2 заражает легкие и вызывает заболевание, группа ученых из Великобритании и Южной Кореи обратилась к органоидам – «мини-органам», выращенным в трех измерениях для имитации поведения тканей и органов.
Команда использовала ткань, пожертвованную банку тканей при Королевской больнице Пэпворта (Royal Papworth Hospital), для получения специализированных клеток, известных как альвеолоциты II типа. Затем развитие этих клеток обернули вспять, перепрограммировав их в более раннюю стадию стволовых клеток, из которых были выращены самоорганизующиеся альвеолярно-подобные трехмерные структуры, имитирующие основную ткань легкого.
Доктор Джу-Хён Ли (Joo-Hyeon Lee), соавтор статьи, опубликованной в Cell Stem Cell и руководитель группы в Кембриджском институте стволовых клеток (Cambridge Stem Cell Institute), сказала: «Мы все еще на удивление мало знаем о том, как SARS-CoV-2 поражает легкие и вызывает заболевание. Наш подход позволил вырастить трехмерные модели основной ткани лёгких — в некотором смысле «мини-легкие» — в лаборатории и изучить, что происходит при заражении».
Команда инфицировала органоиды штаммом SARS-CoV-2, полученным от пациента из Южной Кореи, которому в январе после поездки в Ухань, Китай, был поставлен диагноз COVID-19. Используя комбинацию флуоресцентной визуализации и секвенирования ДНК одиночных клеток, учёные смогли изучить ответную реакцию клеток на вирус.
Когда трехмерные модели подвергались воздействию SARS-CoV-2, вирус начинал быстро реплицироваться, инфицируя все клетки всего спустя 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, активируя их противовирусную защиту. Через 48 часов интерфероны запустили врожденный иммунный ответ, 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.
Несмотря на то, что исследователи наблюдали изменения в клетках легких в течение трех дней после заражения, клинические симптомы COVID-19 редко возникают так быстро и иногда могут проявиться спустя более 10 дней после заражения.
Команда считает, что этому есть несколько возможных причин. От первого проникновения вируса в верхние дыхательные пути до его попадания в альвеолы может пройти несколько дней. Также, возможно, необходимо инфицирование определённого количества альвеолярных клеток для начала дальнейшего взаимодействия с иммунной системой, приводящего к воспалению, прежде чем у пациента появятся первые симптомы.
«Основываясь на нашей модели, мы можем решить многие ключевые вопросы, которые пока остаются без ответа, такие как понимание генетической предрасположенности к SARS-CoV-2, оценка относительной инфекционности вирусных мутантов и выявление процессов повреждения альвеолярных клеток человека вирусом», — сказал доктор Янг Сок Джу (Young Seok Ju), соавтор и доцент Корейского института передовых наук и технологий (Korea Advanced Institute of Science and Technology). «Что наиболее важно, это дает возможность разрабатывать и проверять потенциальные терапевтические средства для борьбы с инфекцией SARS-CoV-2».
«Мы надеемся использовать нашу методику, чтобы вырастить подобные трехмерные модели из клеток пациентов, которые особенно уязвимы для инфекции, например, пожилых людей или людей с заболеваниями легких, и выяснить, что происходит с их тканями», — добавила доктор Ли.
