С тех пор, как пандемия COVID-19 достигла Соединенных Штатов в начале 2020 года, ученые изо всех сил пытались найти лабораторные модели инфекции SARS-CoV-2, респираторного вируса, вызывающего COVID-19. Модели на животных не оправдали ожиданий; попытки вырастить легкие взрослого человека исторически потерпели неудачу, потому что не все типы клеток выжили.
Неустрашимые ученые, занимающиеся стволовыми клетками, клеточные биологи, специалисты по инфекционным заболеваниям и кардиоторакальные хирурги из Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего объединились, чтобы посмотреть, смогут ли они преодолеть многочисленные препятствия.
В статье, опубликованной 31 августа 2021 года в eLife , команда описывает первые модели взрослых людей «легкое в чашке», также известные как органоиды легких, которые представляют все типы клеток. Они также сообщают, что инфекция органоидов легких SARS-CoV-2 воспроизводит реальные инфекции легких пациентов и раскрывает особую роль, которую различные типы клеток играют в инфицированных легких.
«Эта модель человеческого заболевания теперь позволит нам проверять эффективность и токсичность лекарств и отказываться от неэффективных соединений на ранних этапах процесса, на« Фазе 0 », до начала клинических испытаний на людях» , - сказал Прадипта Гош, доктор медицины, профессор, директор института. кандидат сетевой медицины и исполнительный директор ГУМАНОИДНОГО центра передовых исследований (CoRE) Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего. Гош был одним из руководителей исследования с Сумитой Дас, доктором философии, доцентом кафедры патологии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего, со-директором и главным научным сотрудником HUMANOID CoRE.
Ученые, занимающиеся стволовыми клетками из HUMANOID CoRE, во главе с Дасом, разработали три линии органоидов легких из взрослых стволовых клеток, полученных из легких человека, которые были удалены хирургическим путем из-за рака легких. С помощью специального коктейля факторов роста они смогли поддерживать клетки, которые составляют как верхние, так и нижние дыхательные пути легких человека, включая специализированные альвеолярные клетки, известные как AT2.
Заразив органоиды легких SARS-CoV-2, команда обнаружила, что клетки верхних дыхательных путей имеют решающее значение для заражения вирусом, в то время как клетки нижних дыхательных путей важны для иммунного ответа. Оба типа клеток способствуют чрезмерному иммунному ответу, который иногда называют цитокиновым штормом, который наблюдается в тяжелых случаях COVID-19.
Группа специалистов, возглавляемая Дебашисом Саху, доктором философии, доцентом педиатрии Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего и информатики и инженерии в инженерной школе Джейкобса, проверила новые органоиды легких, сравнив их паттерны экспрессии генов. «включены» или «выключены» - для моделей, обнаруженных в легких пациентов, умерших от этого заболевания, и для тех, которые они ранее обнаружили из баз данных данных о пациентах с вирусной пандемией.
Независимо от того, инфицированы они или нет SARS-CoV-2, органоиды легких вели себя аналогично легким в реальном мире. В голове-to головных сравнений с использованием той же мерки (паттерны экспрессии генов), исследователи показали , что их взрослые органоиды легких реплицируются COVID-19 лучше , чем любая другая существующая модель лаборатории. Другие модели, например органоиды, полученные из легких плода, и модели, которые полагаются только на клетки верхних дыхательных путей , допускали устойчивую вирусную инфекцию, но не вызывали иммунного ответа.
«Наши органоиды легких теперь готовы к использованию для изучения неизведанной территории COVID-19, включая пост-COVID-осложнения, такие как фиброз легких», - сказал Дас. «Мы уже начали тестировать лекарственные препараты на их способность контролировать вирусную инфекцию - от проникновения до репликации и распространения - беглый иммунный ответ, который так часто приводит к летальному исходу, и фиброз легких».
Поскольку их результаты в органоидах человека с большей вероятностью будут иметь отношение к человеческим болезням, чем результаты на животных моделях или клеточных линиях, команда надеется, что успешные кандидаты в лекарства могут быть быстро переданы в клинические испытания.
«Поскольку наши легочные органоиды HUMANOID CoRE масштабируемы, персонализированы, поддаются размножению и рентабельны, они совершенно не похожи на любую другую существующую модель», - сказал Гош. «Это значительный прогресс, который может позволить моделировать заболевания легких и пандемии за пределами COVID-19. Фактически, другие академические и отраслевые партнеры уже начинают использовать эти органоиды при моделировании болезней и открытии лекарств. Именно тогда я чувствую, что трансляция исследования немедленно преобразуют ».
