Naukowcy hodują mini-płuca w laboratorium i badają wpływ COVID-19 na organ

Nowo opracowana wersja tego wyjątkowego „organoidu” oparta jest w całości na ludzkich komórkach macierzystych, znanych z naprawy najgłębszych części naszych płuc. Naukowcy wystawili je na działanie SARS-CoV-2 i otrzymali rezultaty bardzo istotne dla dalszych badań.

Włożenie zaledwie jednej z tych samoodnawiających się jednostek do naczynia zawierającego dostosowany roztwór może wytworzyć miliony komórek w grudce przypominającej maleńkie worki powietrzne w ludzkich płucach.

Co pokazało badanie?

W badaniu pęcherzyki płucne wykazały rozproszone uszkodzenia w śmiertelnych przypadkach COVID-19 i chociaż to spustoszenie jest często przypisywane burzy komórek odpornościowych zwanych cytokinami, naukowcy wciąż zastanawiają się, jak faktycznie dochodzi do uszkodzenia płuc.

Unikalny organoid obejmuje tylko jeden typ komórek macierzystych płuc, zwanych komórkami nabłonkowymi pęcherzyków płucnych typu 2 (AT2), które mają zdolność do samoodnawiania, transformowania w inne komórki płuc i bezpośredniego wiązania z wirusem.

Kiedy wirus SARS-CoV-2 został wprowadzony do tego organoidu, szybko zainfekował komórki AT2 i rozprzestrzenił się po strukturze przypominającej pęcherzyki. Infekcja wyzwoliła również reakcję zapalną w organoidzie, zmniejszając produkcję i proliferację środka powierzchniowo czynnego oraz indukując śmierć komórek, czasami w otaczających obszarach, które nie zostały jeszcze dotknięte przez wirusa.

Analizując ekspresję genów tych mini narządów, naukowcy odkryli, że stan zapalny wywołany infekcją SARS-CoV-2 doprowadził do produkcji interferonów, cytokin, chemokin i aktywacji genów związanych ze śmiercią komórki. Pozwoliło to też wykazać uderzające podobieństwo do tego, co obserwuje się u pacjentów z ciężkim przebiegiem COVID-19. Wyniki są również zgodne z ostatnimi dowodami, które sugerują, że ciężkie przypadki COVID-19 wywołują burzę cytokin, która może pozostawić płuca podatne na uszkodzenia.

Większość z tych obserwacji pochodzi jednak z sekcji zwłok i nie została zaobserwowana w żywej tkance.

Dlaczego nowy model może być bardzo pomocny?

Ten nowo opracowany model to wyjątkowy i wszechstronny nowy sposób badania wirusów układu oddechowego i pokazuje, że kaskada mechanizmów obronnych w samych komórkach macierzystych może spowodować więcej szkód niż pożytku.

– Uważano, że burza cytokinowa nastąpiła z powodu dużego napływu komórek odpornościowych, ale widzimy, że dzieje się to również w samych komórkach macierzystych płuc – mówi biolog komórkowy Purushothama Rao Tata z Duke University. – Teraz mamy sposób, aby dowiedzieć się, jak pobudzić komórki do walki z tym śmiertelnym wirusem.

W innym zestawie eksperymentów na mini-płucu naukowcy odkryli, że podawanie małych dawek interferonów przed infekcją spowolniło rozprzestrzenianie się wirusa, podczas gdy zmniejszenie interferonów przed infekcją pogorszyło uszkodzenie. Sugeruje to, że interferony w jakiś sposób pośredniczą w odpowiedzi immunologicznej w naszych pęcherzykach płucnych, spowalniając kaskadę śmierci komórek, gdy płuco próbuje wyprzedzić infekcję.

Ale to może nie być cały obraz sprawy: to tylko mały wgląd w to, co się dzieje. Inne niedawne badania pokazują, że chociaż interferony mogą być pomocne w leczeniu niektórych etapów infekcji, w innych przypadkach mogą pogorszyć sytuację.

Chociaż w ich modelu wciąż istnieje wiele nieścisłości i szczegółów, które należy zbadać, naukowcy mają nadzieję, że pewnego dnia będą mogli wyhodować mini-płuca, na których można będzie przeprowadzić setki eksperymentów w tym samym czasie, co pozwoli nam dowiedzieć się, jak reaguje płuco na infekcję, a także jak można je najlepiej chronić.