Patogen niszcząc przypominające balon pęcherzyki wywołuje zapalenie płuc i ostrą niewydolność oddechową, główną przyczynę śmierci pacjentów z COVID-19. Wszystko to wiedziano już wcześniej, ale brakowało eksperymentalnych modeli odwzorowujących tkanki płucne.
Zespół uczelni Duke’a kierowany przez biologa komórkowego Purushothama Rao Tata wypełnił tę lukę tworząc organoid, nazywany też przez autorów ”mini płucami w szalce” [Petriego – red.]. Do jego budowy wykorzystano komórki macierzyste AT2s (ang. alveolar epithelial type-2) zajmujące się naprawą uszkodzonych atakiem wirusa miejsc.
Regenerative intermediates could be culprits in lung scarring from Research Square on Vimeo.
Bazując na własnych wcześniejszych doświadczeniach z namnażaniem komórek AT2, naukowcy zdołali uzyskać z nich formę przypominającą płucny pęcherzyk. Posługując się tymi modelami, jak informują badacze w informacji prasowej, są w stanie prowadzić równolegle setki doświadczeń np. zachowania się leków na zarażonych tkankach.
– To elastyczny model do wielu zastosowań. Mówimy nie tylko o SARS-CoV-2, ale też o badaniach choćby nad grypą – tłumaczy Tata, którego analiza przeprowadzonych doświadczeń z mini-płucami i koronawirusem została opublikowana w czasopiśmie ”Cell Stem Cell”.
Najważniejszym elementem nowego odkrycia, co podkreślają autorzy analizy, jest zastosowanie wyłącznie ludzkich tkanek. Dotąd możliwe było np. namnażanie komórek tylko w krowiej surowicy. Obecność komórek z innych organizmów zawsze zostawiała możliwość zaburzenia wyników badań. Nowe mini-płuca z Duke University są w 100 proc. ludzkie.
fot. Arvind Konkimalla/Tata lab
Po zainfekowaniu organoidu SARS-CoV-2, mini płuca wykazywały reakcję zapalną mediowaną przez interferony. Te białka odpowiadają za komunikację pomiędzy komórkami ciała, w celu walki z patogenami i uruchomienie mechanizmów obronnych systemu immunologicznego.
– Zaobserwowaliśmy też burzę cytokinową wywołaną przez płuca z powodu obecności wirusa. Dotąd sądziliśmy, że działo się to z powodu dużej liczby komórek układu odpornościowego. Widzimy jednak, że to samo ma miejsce w komórkach macierzystych – zauważa Tata,
Naukowcy z Duke University zaobserwowali, że komórki AT2 tworzyły interferony a potem popełniały samobójstwo. Dokładnie to dostrzegano wcześniej podczas autopsji zmarłych na COVID-19.
Sygnał o konieczności popełnienia samobójstwa otrzymywały także komórki z pobliskich, ale nie zajętych jeszcze przez wirusa obszarów płuc. Wygląda to na wyścig, by uśmiercić tkanki tam, gdzie wirus może za chwilę dotrzeć. Robiąc ten bufor bezpieczeństwa organizm niestety mocno się uszkadza.
Tata i jego współpracownicy będą teraz na mini-płucach testować najnowszy zmutowany, bardziej zaraźliwy szczep koronawirusa, wywodzący się z Włoch D614G.