Тяжелое течение болезни COVID-19 не вызвано прямым разрушением легких из-за размножения вируса. Как сообщают исследователи из Берлина в журнале Nature Communications , в этом участвуют воспалительные процессы и эндотелий легких.
Исследователи со всего мира потратили последние 18 месяцев, пытаясь понять COVID-19, болезнь, вызванную коронавирусом SARS-CoV-2. Известно, что это заболевание, способное вызывать острую легочную недостаточность, наносит ущерб как легким, так и другим органам и системам органов. К сожалению, варианты лечения на основе лекарств остаются ограниченными. Одна из трудностей заключалась в том, что COVID-19 вызван ошибочным, а иногда и преувеличенным иммунным ответом. Чтобы определить терапевтические цели, исследователям необходимо получить подробное понимание основных механизмов, как с точки зрения того, как они работают, так и с точки зрения того, где в организме они возникают. Подходы, ориентированные на пациента, довольно ограничены по своему охвату. Это особенно относится к изучению механизмов заболевания на ранней стадии инфекции. Биоматериалы, которые необходимы для этого типа исследований, обычно можно собирать только после того, как пациент был госпитализирован. Кроме того, практически невозможно получить образцы легочной ткани у пациентов с легким или умеренным заболеванием и пневмонией, так как процедура забора подвергает этих пациентов слишком высокому риску. То, что осталось, - это анализ тканей, взятых у пациентов с COVID-19 после их смерти.
Под руководством профессора Мартина Витценрата, заместителя главы отделения инфекционных заболеваний и респираторной медицины Шарите, исследователи использовали доступные образцы пациентов, чтобы получить ценную информацию как о механизмах заболевания, так и о его прогрессировании. Исследователи искали подходящую модель, которая могла бы позволить им также изучать отделы легких, труднодоступные для пациентов, но необходимые для изучения ранней фазы болезни. Модели хомяков оказались чрезвычайно полезными как в рамках международных исследований COVID-19, так и исследований, касающихся SARS-CoV-1. «Мы хотели знать, можем ли мы использовать эти модели для разработки новых вариантов лечения, и попытались воспроизвести результаты, полученные на выборках пациентов. Мы добились замечательных успехов в этом отношении», - говорит Витценрат из исследования ». соавтор последнего. «В первую очередь нас интересовали эндотелиальные клетки легких, которые выстилают легочные кровеносные сосуды и образуют там барьер. В тяжелых случаях COVID-19 этот барьер становится дисфункциональным, что в конечном итоге приводит к легочной недостаточности».
Анализ отдельных клеток: образцы закодированных клеток во время их транспортировки внутри мельчайших капелек. Предоставлено: Феликс Петерманн, MDC.
Сирийский хомяк - самая важная модель животного для COVID-19
Работая вместе с исследователями из Берлинского института медицинской системной биологии (BIMSB) при MDC, вирусологами и ветеринарами из Freie Universität Berlin, а также экспертами по данным из Берлинского института здравоохранения (BIH), исследователи смогли подробно описать характеристики Инфекция SARS-CoV-2 на животной модели. Впоследствии они подтвердили свои выводы, используя наборы данных, относящиеся к образцам пациентов. Цель этого анализа - сделать то, что в настоящее время является наиболее важной нетрансгенной животной моделью для изучения COVID-19, доступно для исследований, направленных на разработку будущих методов лечения. Хомяки заражаются теми же вариантами вируса, что и люди. У них также развиваются похожие симптомы болезни, и тяжелое заболевание приводит к повреждению легких. Однако симптомы и прогрессирование COVID-19 варьируются между разными видами хомяков. В то время как симптомы обычно остаются умеренными у сирийских хомяков, у хомяков Роборовского разовьется тяжелое заболевание.
Причины этого и процессы, происходящие в клетках легких, были продемонстрированы в рамках экспериментов, проведенных в BIMSB. Они включали анализ отдельных клеток, во время которого отдельные клетки, полученные из конкретного образца, загружали на чип, где они сначала кодировали штрих-кодом, а затем инкапсулировали в мельчайшие капли водной жидкости. После приготовления отдельные клетки могут подвергаться секвенированию РНК - процессу, используемому для установления последовательности генетических строительных блоков, которые клетка только что прочитала. Благодаря штрих-кодированию эта РНК была позже идентифицирована как происходящая из конкретной клетки, что позволило исследователям с высокой степенью точности определять клеточную функцию на уровне отдельной клетки. " Мы смогли наблюдать, как определенные клетки, участвующие в иммунитете легких, а именно моноциты и полученные из моноцитов макрофаги, поглощают вирус и впоследствии проявляют очень выраженный ответ. Они рассылают биологические посланники, которые затем вызывают очень сильную воспалительную реакцию. В нашей модели это быстро контролируется Т-клетками, другим типом иммунных клеток, которые используются именно для этой цели. Однако при тяжелой форме COVID-19 этого не происходит », - объясняет соавтор исследования доктор Джеральдин Нуай, исследователь из отдела инфекционных заболеваний и респираторной медицины Шарите. Она добавляет:« Быстрый и эффективный ответ Т-клеток - это необходимость. имеет решающее значение для успешного выздоровления от COVID-19 ». Они рассылают биологические посланники, которые затем вызывают очень сильную воспалительную реакцию. В нашей модели это быстро контролируется Т-клетками, другим типом иммунных клеток, которые используются именно для этой цели. Однако при тяжелой форме COVID-19 этого не происходит », - объясняет соавтор исследования доктор Джеральдин Нуай, исследователь из отдела инфекционных заболеваний и респираторной медицины Шарите. Она добавляет:« Быстрый и эффективный ответ Т-клеток - это необходимость. имеет решающее значение для успешного выздоровления от COVID-19 ». Они рассылают биологические посланники, которые затем вызывают очень сильную воспалительную реакцию. В нашей модели это быстро контролируется Т-клетками, другим типом иммунных клеток, которые используются именно для этой цели. Однако при тяжелой форме COVID-19 этого не происходит », - объясняет соавтор исследования доктор Джеральдин Нуай, исследователь из отдела инфекционных заболеваний и респираторной медицины Шарите. Она добавляет:« Быстрый и эффективный ответ Т-клеток - это необходимость. имеет решающее значение для успешного выздоровления от COVID-19 ». s Отделение инфекционных болезней и респираторной медицины. Она добавляет: «Быстрый и эффективный ответ Т-лимфоцитов имеет решающее значение для успешного выздоровления от COVID-19». s Отделение инфекционных болезней и респираторной медицины. Она добавляет: «Быстрый и эффективный ответ Т-лимфоцитов имеет решающее значение для успешного выздоровления от COVID-19».
В то время как COVID-19 побуждает иммунную систему к перегрузке, SARS-CoV-2 изначально демонстрирует низкую скорость репликации в легких и дыхательных путях. «Разрушение легочной ткани, наблюдаемое при тяжелой форме COVID-19, является не прямым результатом распространения вируса внутри клеток, а сильной воспалительной реакцией», - объясняет соавтор исследования доктор Эмануэль Уайлер, исследователь из MDC. Он добавляет: «Это также относится к клеткам сосудистой сети, в частности к эндотелиальным клеткам легких. Они демонстрируют очень сильный ответ на вирус, но не заражаются им и не разрушаются в процессе». При тяжелой форме заболевания кровеносные сосуды могут закупориться, а стенки сосудов нестабильны, что приведет к острой легочной недостаточности. Однако маловероятно, что это повреждение кровеносных сосудов также играет роль в умеренном COVID-19. «То, что COVID-19 активирует эндотелий - тип защитного барьера, выстилающего кровеносные сосуды, который, помимо прочего, также контролирует ряд процессов в микрокровеносных сосудах легких, - не стало сюрпризом. Что стало неожиданностью, однако оказалось, что эти клетки также являются активным двигателем воспаления », - говорит Витценрат. "Учитывая их ключевую роль в прогрессировании заболевания, этиклетки могут быть нацелены с использованием одной из двух терапевтических стратегий. Один из них - использовать вещества, способные закрывать эндотелиальный барьер. Другой - использовать вещества, успокаивающие эндотелий. Одно из них уже является целью исследования, проведенного в нашем Центре совместных исследований SFB-TR84, где мы смогли показать, что он эффективен при пневмонии и у пациентов, находящихся на ИВЛ ». Другие противовоспалительные препараты в настоящее время проходят испытания в качестве средств лечения COVID-19. нацелены на сам иммунный ответ . Они также эффективны против моноцитов и макрофагов и сдерживают их активность.
Теперь, когда их модель была проверена, исследователи надеются использовать ее для разработки безопасных и эффективных методов лечения пациентов с COVID-19. Цель состоит в том, чтобы уменьшить количество пациентов, у которых развивается тяжелое повреждение легких. Многопрофильная группа исследователей в настоящее время анализирует ответы различных типов клеток, наблюдаемые у карликовых хомяков Роборовского. Исследователи хотят установить, почему инфекция вызывает тяжелое заболевание.у этих животных, и почему это не самоограничение, как в случае с сирийскими хомяками. «Мы надеемся, что это приведет нас к возможному объяснению того, почему у некоторых людей развивается тяжелая форма COVID-19, а у других - нет», - говорит Джеральдин Нуай. В качестве первого шага исследователям необходимо будет расшифровать геном карликового хомяка. Тот факт, что хомяки традиционно считались в сообществе исследователей животных чем-то экзотическим, объясняет существование многочисленных пробелов в знаниях. «Информация из нашего текущего исследования позволила нам закрыть некоторые из этих пробелов. Это представляет собой большой прогресс, в том числе с точки зрения более осознанного и целенаправленного подхода к использованию животных в медицинских исследованиях», - объясняет соавтор исследования доктор Якоб Тримперт. , вирусолог и ветеринарный хирург из Свободного университета Берлина. Помимо разработки моделей хомяков COVID-19, доктор Тримперт и его команда также работали с отделением ветеринарной патологии Свободного университета Берлина. Проведение необходимых гистопатологических анализов (микроскопическое исследование инфицированныхлегочная ткань) под руководством профессора доктора Ахима Грубера, работа команды представляет собой решающий вклад в опубликованные результаты исследования.
