Ученые EPFL используют технологии, чтобы лучше понять, как коронавирус вызывает образование тромбов у некоторых пациентов. Они разработали упрощенную модель легкого, которая позволяет им впервые наблюдать, как вирус атакует клетки, выстилающие кровеносные сосуды.
COVID-19 иногда вызывает образование тромбов, хотя точная частота возникновения остается загадкой. Недавнее исследование показывает, что это осложнение развивается примерно у 10% госпитализированных пациентов. Врачи до сих пор не уверены, почему вирус вызывает эту реакцию - в самых тяжелых случаях сгустки крови могут привести к инсульту. Чтобы лучше понять это явление, ученые EPFL разработали микрожидкостный чип, который моделирует легкое человека и воспроизводит часть его структуры для изучения инфекций COVID-19. Чип может удерживать эпителиальные клетки легких, клетки кровеносных сосудов и клетки иммунной системы, и позволяет ученым напрямую наблюдать, как SARS-CoV-2 атакует человеческие клетки и вызывает образование тромбов.
Предполагается, что действуют два механизма. Один из них - избыточное производство цитокинов, белков, которые играют роль в передаче сигналов иммунными клетками. Коронавирус может вызвать «цитокиновые бури», о которых много говорят в новостях. Эти непропорциональные реакции иммунной системы могут повредить кровеносные сосуды и вызвать образование тромбов, что может привести к летальному исходу. Другой возможный механизм - это повреждение внутренней оболочки кровеносных сосудов или эндотелия в легких. В легких много такой ткани, и при ее повреждении кровь легко свертывается и образует сгустки.
Итак, какой механизм вероятнее всего виноват? Чтобы выяснить это, врачи должны иметь возможность час за часом наблюдать, как инфекция прогрессирует в легких. Это практически невозможно для живых пациентов и не очень осуществимо в лабораторных культурах , поскольку культуры обычно содержат только один вид клеток и не обеспечивают достаточно реалистичного представления всей легочной системы.
Ученые из лаборатории профессора Джона МакКинни получили поддержку Целевой группы EPFL по COVID-19. Под руководством доктора Вивека Такера, постдока в лаборатории, они взяли устройство «легкое на чипе» и адаптировали его для моделирования отдельных этапов атаки SARS-CoV-2 на легкие. Устройство содержит микрофлюидные каналы, по которым питательные вещества поступают к клеткам на чипе, которые устроены так, чтобы воссоздать часть легких. Более конкретно, чип содержит слой эпителиальных клеток или клеток, покрывающих легкие, вместе со слоем эндотелиальных клеток или клеток, выстилающих кровеносные сосуды . Два слоя разделены мембраной.
После того, как ученые ввели SARS-CoV-2 в свое устройство, вирус сначала атаковал внешний слой эпителиальных клеток , как при естественной инфекции. Работая с доктором Джессикой Сордет Дессимоз и ее командой в Центре гистологии, они обнаружили, что в течение дня вирус достиг внутреннего слоя эндотелиальных клеток и нанес значительный ущерб в последующие дни.
«Было нанесено достаточно повреждений, чтобы разрушить эндотелий и подвергнуть кровь в сосудах воздействию воздуха, что привело к образованию сгустков», - говорит Вивек Такер. «С помощью нашей системы« легкое на чипе »мы обнаружили, что вирус может вызывать образование тромбов, напрямую атакуя эндотелий. Однако это не означает, что цитокины тоже не играют роли и ухудшают положение». Эти первоначальные результаты были изложены в статье, которая сейчас находится на рассмотрении.
Устройство EPFL выявило феномен, который нельзя наблюдать обычными методами, поскольку SARS-CoV-2 плохо размножается в монокультурах эндотелиальных клеток. «Некоторые вирусные частицы также были обнаружены в эндотелии инфицированных пациентов, но их количество очень мало», - говорит Такер.
Затем команда будет использовать свое легкое -на-чипе с реальными образцами крови, чтобы они могли непосредственно наблюдать за образованием сгустка . И это не так просто, как кажется - кровь очень быстро свертывается вне тела, поэтому «мы должны действовать быстро и аккуратно», - объясняет Такер. Они планируют добавить к образцам антикоагулянт, а затем нейтрализовать его непосредственно перед введением образцов в устройство. Команда займется этой сложной процедурой в ближайшие несколько недель.
