Легкие в пробирке
Альвеолы – это тонкие воздушные мешочки, похожие на воздушный шарик. Их повреждение приводит к развитию пневмонии и острой дыхательной недостаточности, что является основной причиной смерти пациентов с Covid-19. Но в исследованиях этого заболевания ученым не хватало экспериментальных моделей, имитирующих ткани легких человека.
Группа исследователей из Университета Дьюка под руководством Пурушотхама Рао Тата разработала органоиды легких, так называемые мини-легкие в пробирке. Органоиды были выращены из клеток альвеолярного эпителия типа 2 (AT2), которые по сути являются стволовыми клетками и способны восстанавливать самые глубокие ткани легких.
Более ранние исследования в Университете Дьюка показали, что всего одна клетка AT2 может произвести миллионы клеток, которые собираются в полые круглые структуры, похожие на альвеолы. Но для выращивания требовались сложные компоненты, например, сыворотка крови коров. Группа Тата взяла на себя серьезную задачу по прогнозированию и тестированию множества комбинаций химически чистых факторов, которые могли бы заменить коровью сыворотку.
В результате получился чисто человеческий органоид без каких-либо вспомогательных клеток. Мини-легкие, выращенные в пробирке, повысят производительность исследований, так как помогут проводить сотни экспериментов одновременно для скрининга кандидатов в лекарства или для определения химических веществ самозащиты, вырабатываемых клетками легких в ответ на инфекцию.
Мини-органоид легкого с альвеолами.
Авторы считают мини-легкое универсальной модельной системой, которая позволит изучить SARS-CoV-2 и любой другой респираторный вирус, поражающий альвеолы. Крайне важным является то, что мини-легкие на 100% состоят из человеческих клеток и не содержат поддерживающих клеток, которые могли бы исказить результаты экспериментов.
Исследователи протестировали органоид, заразив его коронавирусом SARS-CoV-2. Они наблюдали за активностью генов и химическими сигналами, которые вырабатываются клетками легких после заражения.
Изменив геном вируса, группа придала ему свойство светиться. Это свечение помогло исследователям определить, где задерживается вирус при контакте с тканью легких. Выяснилось также, что при заражении коронавирусом в органоидах запускается воспалительная реакция, опосредованная интерферонами.
Исследователи стали свидетелями цитокинового шторма в ответ на вирус. Ранее считалось, что такая реакция случается из-за большого притока иммунных клеток, но эксперименты на мини-легких показали, что изменения также происходят на уровне стволовых клеток легких.
На мини-легких группа наблюдала, как клетки продуцируют интерфероны и гибнут в результате саморазрушения – эти же процессы отмечены в образцах, полученных от пациентов с Covid-19. Сигнал о клеточном суициде иногда запускался и в неинфицированных соседних клетках легких. Исследователи также сравнили паттерны активности генов в мини-легких и образцах от шести пациентов с тяжелым Covid-19 и обнаружили поразительное сходство.
В другой серии экспериментов мини-легкие, обработанные до заражения низкими дозами интерферонов, смогли замедлить репликацию вируса. А подавление активности интерферона до заражения привело к усилению репликации вируса.
Тата и его группа планируют сотрудничать как с академическими, так и с промышленными партнерами, чтобы в конечном итоге попытаться вырастить полноценное легкое для трансплантации. Кроме того, мини-легкие будут использоваться, чтобы лучше понять новый штамм SARS-CoV-2 под названием D614G, который сейчас является доминирующей версией вируса.
Статья H.Katsura et al. Human Lung Alveolospheres Provide Insights Into SARS-Cov-2 Mediated Interferon Responses and Pneumocyte Dysfunction опубликована в журнале Cell Stem Cell.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Duke Today: Lab-grown mini-lungs mimic the real thing - right down to covid infection.