Выращенные в лаборатории мини-легкие имитируют настоящие, вплоть до инфекции COVID | Советы девушкам

Группа исследователей из Университета Дьюка разработала выращенную в лаборатории модель живого легкого, которая имитирует крошечные воздушные мешочки легких, в которых происходит коронавирусная инфекция и серьезное повреждение легких. Этот прогресс позволил им наблюдать за битвой между коронавирусом SARS-CoV-2 и клетками легких на самом высоком молекулярном уровне.

Вирус повреждает тонкие воздушные мешочки, похожие на воздушный шар, известные как альвеолы, что приводит к пневмонии и острой респираторной недостаточности, которые являются основной причиной смерти пациентов с COVID-19. Но в исследованиях COVID-19 ученым препятствовало отсутствие экспериментальных моделей, имитирующих ткани легких человека.

Теперь команда во главе с клеточным биологом Duke Пурушотхамой Рао Тата разработала модель с использованием «органоидов легких», также получивших название «мини-легкие в чашке». Органоиды выращиваются из клеток альвеолярного эпителия типа 2 (AT2), которые являются стволовыми клетками, которые восстанавливают самые глубокие части легких, где атакует SARS-CoV-2.

Более ранние исследования в Duke показали, что всего одна клетка AT2, выделенная в крошечные чашки, может размножаться, чтобы произвести миллионы клеток, которые собираются в шарообразные органоиды, похожие на альвеолы. Однако «суп», в котором выращивали клетки, содержал сложные ингредиенты, такие как сыворотка от коров, которая полностью не определена.

Группа Тата взяла на себя серьезную задачу по прогнозированию и тестированию множества комбинаций химически чистых факторов, которые также хорошо справлялись бы с этой задачей, – проблема, которая требовала тесного сотрудничества с совместно используемым вычислительным кластером Duke.

В результате получился чисто человеческий органоид без каких-либо вспомогательных клеток. Мини-легкие, выращенные в крошечных лунках, сделают возможным высокопроизводительную науку, в которой можно проводить сотни экспериментов одновременно для скрининга новых кандидатов в лекарства или для определения химических веществ самозащиты, вырабатываемых клетками легких в ответ на инфекцию.

«Это универсальная модельная система, которая позволяет нам изучать не только SARS-CoV-2, но и любой респираторный вирус, поражающий эти клетки, включая грипп», – сказал Тата. Документ, описывающий развитие мини-легких и некоторые ранние эксперименты с коронавирусной инфекцией, появился в начале 21 октября в журнале Cell Stem Cell .

Используя мини-легкие для изучения инфекции SARS-CoV-2, команда Таты сотрудничала с коллегами-вирусологами из Дьюка и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл. Чтобы безопасно бороться с этими смертоносными вирусами, исследователи использовали современные объекты уровня 3 биобезопасности в Duke и UNC-CH для заражения органоидов легких. Исследователи наблюдали за активностью генов и химическими сигналами, которые вырабатываются клетками легких после заражения.

«Это крупный прорыв в этой области, потому что мы использовали клетки, не имеющие очищенных культур», – сказал Ральф Барик, соавтор статьи, выдающийся профессор эпидемиологии, микробиологии и иммунологии в UNC и мировой авторитет. на коронавирусы. Мини-легкие Duke на 100% состоят из человеческих клеток и не имеют поддерживающих клеток, которые могли бы запутать результаты. «Это невероятно элегантная работа по выяснению того, как очищать и выращивать клетки AT2 в культуре в чистом виде», – сказал Барич.

Лаборатория Барика способна по желанию изменить любой нуклеотид генетического кода вируса COVID-19, поэтому была получена светящаяся версия, которая покажет, куда он попал в мини-легких, подтверждая, что он действительно остановился на критически важной клеточной поверхности ACE2. рецептор, приводящий к инфекции.

Было показано, что при заражении вирусом органоиды вызывают воспалительную реакцию, опосредованную интерферонами. Исследователи также стали свидетелями цитокиновой бури иммунных молекул, запускаемых легкими в ответ на вирус.

«Считалось, что цитокиновый шторм произошел из-за большого притока иммунных клеток, но мы можем видеть, что это также происходит в самих стволовых клетках легких», – сказал Тата.

Лаборатория Тата обнаружила, что клетки продуцируют интерфероны и испытали саморазрушающуюся гибель клеток, как показали образцы от пациентов с COVID-19. Сигнал к клеточному самоубийству иногда запускался и в неинфицированных соседних клетках легких, поскольку клетки изо всех сил пытались опередить вирус. Исследователи также сравнили паттерны активности генов в мини-легких и образцах от шести пациентов с тяжелой формой COVID-19 и обнаружили, что они согласны с «поразительным сходством».

«До сих пор мы могли видеть это только при вскрытии», – сказал Тата. «Теперь у нас есть способ выяснить, как активизировать клетки для борьбы с этим смертельным вирусом».

В другой серии экспериментов мини-легкие, обработанные низкими дозами интерферонов до заражения, смогли замедлить копирование вируса. Но подавление активности интерферона до заражения привело к усилению репликации вируса.

Тата, который является участником инициативы герцога по регенеративной медицине Regeneration Next, сказал, что его лаборатория работала над выращиванием мини-легких в середине 2019 года и достигла рабочей модели как раз тогда, когда возникла пандемия коронавируса. Он сказал, что его группа будет работать как с академическими, так и с промышленными партнерами, чтобы использовать эти клетки для клеточной терапии и в конечном итоге попытаться вырастить полное легкое для трансплантации.

Барич сказал, что его лаборатория, вероятно, будет использовать мини-легкие, чтобы лучше понять новый штамм SARS-CoV-2 под названием D614G, который стал доминирующей версией вируса. Этот штамм, который появился в Италии, имеет шипованный белок, который, по-видимому, более эффективно распознает рецептор ACE2 на клетках легких , что делает его еще более заразным.

Leave comment

Your email address will not be published. Required fields are marked with *.

18 − 3 =