Направи дарение на училище!

Вирусът има способността да уврежда лабораторно отгледани тъкани от бял дроб, черен дроб и бъбреци, което може да обясни някои от най-сериозните усложнения на COVID-19 при хората. 

Учените отглеждат миниатюрни органи в лабораторни условия, за да изследват по какъв начин новият коронавирус уврежда тялото. Проучванията на тези опростени версии на органите или т. нар. органоиди разкриват как вирусът се променя, когато атакува различни органи  – бели дробове, черен дроб, бъбреци и черва. Изследователите експериментират и с различни медикаменти върху тези тъкани, за да проверят дали дадена терапия би могла да се превърне в потенциална възможност за лечение. 

От множеството хоспитализирани пациенти и направени аутопсии, лекарите знаят, че SARS-CoV-2 може да има унищожителен ефект върху органите. Все още не е напълно ясно обаче дали някои от уврежданията са директно причинени от вируса или от вторични усложнения вследствие на инфекцията. Много научни екипи използват органоидните изследвания, за да покажат как и къде вирусът се движи през тялото, кои клетки ще инфектира и каква вреда ще нанесе.

„Красотата на органоидите е, че те наподобяват истинската морфология на тъканите,“ казва Томас Еферт, клетъчен биолог към Johannes Gutenberg University в Майнц, Германия. 

Вирусолозите обикновено изучават вирусите, използвайки клетъчни линии или животински клетки, културизирани в блюда. Но те не дават точен модел на развитие на инфекцията SARS-CoV-2, защото не преповтарят онова, което реално се случва в тялото, казват изследователите. 

Разбери повече за БГ Наука:

***

Органоидите могат демонстрират много по-добре какво SARS-CoV-2 причинява на човешките тъкани, твърди Нурия Монсерат, клетъчен биолог, специалист по стволови клетки към Institute for Bioengineering of Catalonia, Барселона, Испания. Само за няколко седмици те могат да бъдат отгледани така, че да включват множество клетъчни типове и да приемат формата на истинския орган, който наподобяват, казва Монсерат. Освен това са много по-евтини от животинските модели, а и се избягват и притесненията от етическа гледна точка, които неминуемо съпътстват тестовете върху животни.

Въпреки всичко обаче проучванията на SARS-CoV-2 върху органоиди имат своите ограничения, защото те не отразяват връзката, която органите имат един с друг и която реално се осъществява в тялото. Това означава, че направените открития все пак ще трябва да се валидират чрез тестване върху животински модели и клинични проучвания, казва Барт Хаагманс, вирусолог към Erasmus MC в Ротердам, Нидерландия.

При вдишване

Едно от ключовите открития, благодарение на изследванията върху органоидите, е това, което SARS-CoV-2 причинява на клетките на дихателната система, като се започне от горните дихателни пътища и се стигне до белите дробове. 

Казуйо Такаяма, клетъчен биолог, специалист по стволови клетки към Kyoto University, Япония, и неговите колеги са разработили бронхиални органоиди с четири специализирани клетъчни типа, отгледани от замразени клетки от външния бронхиален слой или така наречения епителиум. Когато екипът му инфектирал бронхиалните органоиди със SARS-CoV-2, те открили, че вирусът основно се прицелва в стволовите клетки, които попълват клетките в епителиума, познати като базални клетки, но не могли лесно да навлязат в защитните секреторни „пръчковидни клетки“. Екипът, който е публикувал работата си в платформата bioRxiv, сега планира да изследва дали вирусът може да се прехвърли от базалните клетки към други клетки в тялото. 

Едно от сериозните усложнения вследствие на COVID-19 е дихателната недостатъчност, причинена от навлизането на вируса от горните дихателни пътища в дробовете. Шуйбинг Чен, специалист по биология на стволовите клетки от Weill Cornell Medicine, Ню Йорк, също прави проучвания, използващи лабораторно отгледани мини бели дробове. Резултатите сочат, че някои клетки умират след като бъдат инфектирани и че вирусът предизвиква синтез на протеини, познати като хемокини и цитокини, които са способни да задействат масивен имунен отговор. Много хора със сериозни усложнения от COVID-19 преживяват имунна реакция позната като цитокинова бурия, която може да бъде смъртоносна. 

Но Чен, която също публикува резултатите си в платформата bioRxiv, твърди, че все още си остава мистерия защо клетките на белите дробове при заболели пациенти умират и дали това е следствие от увреждане, причинено от вируса, самопредизвикано унищожение или пък заради поглъщането на вируса от имунните клетки. „Знаем, че клетките умират, но не знаем защо,“ казва Чен, чийто подход при създаването на органоиди се различава от този на Такаяма. Вместо да ги създава от зрели клетки, тя използва плурипотентни стволови клетки, които могат да се специализират във всички видове клетки в тялото. Органоидите отгледани по този начин могат да съдържат повече клетъчни типове, а финалният резултат е по-млада и по-слабо съзряла тъкан, допълва Чен, която в момента отглежда органоиди на белите дробове с имунни клетки. 

В кръвта

SARS-CoV-2 е способен да се пренесе от белите дробове към другите органи, но учените не били сигурни как точно вирусът „пътува“ наоколо докато Монсерат и нейните колеги не публикували свое изследване в сп. Cell през май. Експериментите върху органоиди, които също били създадени от плурипотентни стволови клетки показали, че SARS-CoV-2 може да инфектира ендотелиумът – клетките, с които са покрити кръвоносните съдове и които на практика позволяват вирусните частици да преминат в кръвта и да циркулират из цялото тяло. Патологичните доклади за увредени кръвоносни съдове при хора с COVID-19 също подкрепят тази хипотеза, казва Джоузеф Пенингер, инженер по генетика към University of British Columbia във Ванкувър, Канада и съавтор на проучването.

Изследванията върху органоиди сочат, че веднъж попаднал в кръвта, вирусът може директно да инфектира няколко органа в това число и бъбреците, споделят още Пенингер и Монсерат. Въпреки, че вирусът заразява бъбречните органоиди и някои клетки умират, учените не са сигурни дали това не е директно следствие от нарушената функция на бъбреците, която се наблюдава при някои пациенти.

Друго проучване върху чернодробни органоиди сочи, че вирусът може да инфектира и убие клетки, познати като холангиоцити, които допринасят за производството на жлъчна течност. Много изследователи смятат, че увреждането на черния дроб, което се наблюдава при пациенти с COVID-19 се причинява от свръхактивен имунен отговор или от странични ефекти на лекарства, казва Бинг Жао, клетъчен биолог към Fudan University в Шанхай, Китай, който публикува своите резултати в Protein & Cell. На база изследването си Жао твърди, че „вирусът може директно да атакува чернодробната тъкан, което да доведе до увреждане на черния дроб“.

Според проучване, публикувано в сп. Sience, което е използвало чревни органоиди, вирусът може да се репликира и в клетки, познати като ентероцити, които покриват стените на тънките и дебелите черва.

Въпреки че такива открития са изключително полезни и показателни, използването на органоиди за изследване на взаимодействието между вирус и приемник е все още в своя начален етап, казва Хаагманс, който е разработил и създал чревните органоиди. „Твърде рано е да се каже колко уместна е употребата им,“ споделя той. Според учените са необходими по-сложни органоидни системи за по-добро разбиране на това как вирусът взаимодейства с имунната система на тялото, за да води до такива увреждания.

„Сега сме твърдо убедени, че вирусът, който причинява COVID-19, може да инфектира тъкани, извън белите дробове и значително да допринесе за усложняване на заболяването,“ твърди Пенингер. Но по-сериозните последствия, като например бъбречни или сърдечни увреждания вероятно произтичат от комбинацията между вирусна инфекция и прекомерно силен имунен отговор,“ допълва той.

Тестване на лекарства

Учените изследват и дали органоидите могат да бъдат използвани като тестови модели за действието на различни лекарствени медикаменти върху тялото. Надеждата е, че органоидите могат да се ползват за тестване на потенциални медикаментозни терапии за лечение на COVID-19, някои от които към момента са на етап клинични изследвания без да са на лице обстойни предварителни проучвания върху клетъчни и животински модели.

„Вследствие на ограничеността на времето, много от клиничните проучвания бяха моделирани на база предишни знания за други коронавируси и стартираха без внимателна оценка и предварително тестване върху различни модели. Резултатът е, че много от тях се провалиха,“ заявява Чен.

Чен изследвалa около 1200 лекарства за други заболявания, одобрени от Агенцията за контрол на храните и лекарствата в САЩ и открила, че лекарството за рак Иматиниб потиска SARS-CoV-2 в белодробните органоиди. От този момент са пуснати в ход няколко клинични проучвания на този медикамент като потенциално лечение за COVID-19. 

Други научни екипи също тестват съществуващи медикаменти срещу коронавируса върху органоиди и то с известен успех. „В края на този изследователски процес ние може би ще знаем до каква степен тестването на лекарства върху органоидните системи би могло да предскаже тяхната ефикасност. Това е дългосрочен процес,“ заявява Хаагман.

Превод: Стефани Тонева
Източник: https://www.nature.com

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!