Чтобы изучить, как новый коронавирус разрушает организм, ученые выращивают миниатюрные органы в лаборатории. Исследования этих органоидов выявляют универсальность вируса при проникновении в легкие, печень, почки и кишечник. Ученые также экспериментируют с лекарствами в этих мини-тканях, чтобы выяснить, могут ли такие методы лечения быть подходящими для лечения людей. Исследование опубликовано в научной электронной библиотеке bioRxiv.
После тысяч госпитализированных пациентов и вскрытий после летальных случаев врачи знают, что SARS-CoV-2 может оказать разрушительное воздействие на органы. Но пока не ясно, вызван ли этот ущерб непосредственно вирусом или вторичными осложнениями инфекции.
Ученые для своих исследований используют органоиды — искусственные мини-органы, чтобы показать, куда в организме распространяется вирус, какие клетки он заражает и какой вред наносит.
Вся прелесть органоидов в том, что они напоминают истинную морфологию тканей.
Томас Эфферт, клеточный биолог из Университета Йоханнеса Гутенберга
Вирусологи обычно изучают вирусы, используя клеточные линии или клетки животных, культивируемые в чашке Петри. Но они не моделируют инфекцию SARS-CoV-2 достаточно хорошо по одной причине. Клетки из чашки не покажут, что происходит в теле при заражении, говорят исследователи.
Органоиды лучше демонстрируют, что SARS-CoV-2 делает с тканями человека, говорит Нурия Монтсеррат, биолог, изучающий стволовые клетки в Институте биоинженерии Каталонии в Барселоне, Испания. По словам Монтсеррат, их можно выращивать так, чтобы они включали клетки разных типов и могли принимать форму оригинального органа в течение нескольких недель. Кроме того, они дешевле, чем модели животных. Также использование органоидов более этично.
И все же исследования SARS-CoV-2 в органоидах имеют ограничения. Они не отражают перекрестные помехи между органами, которые происходят в организме. Это значит, что результаты все еще должны быть подтверждены на животных моделях и в клинических исследованиях, говорит Барт Хаагманс, вирусолог в Erasmus MC в Роттердаме, Нидерланды.
Эксперимент с органоидами наглядно показал, что SARS-CoV-2 делает с клетками дыхательной системы, от верхних дыхательных путей до легких.
Кадзуо Такаяма, биолог стволовых клеток в Университете Киото, Япония, и его коллеги разработали органоиды бронхов с четырьмя различными типами клеток. Когда его команда заразила их SARS-CoV-2, они обнаружили, что вирус в основном нацелен на стволовые клетки. Теперь исследователи планируют изучить, может ли вирус распространяться от базальных к другим клеткам.
Из верхних дыхательных путей вирус может проникнуть в легкие и вызвать дыхательную недостаточность. Это одно из самых серьезных осложнений COVID-19. Используя мини-легкие, Шуйбин Чен, биолог стволовых клеток в Weill Cornell Medicine в Нью-Йорке, показал, что некоторые клетки умирают после заражения. Также что вирус вызывает выработку белков, известных как хемокины и цитокины, которые могут вызвать острый иммунный ответ. Многие люди с тяжелой формой COVID-19 пострадали от такой известной иммунной реакции, как цитокиновый шторм.
Почему клетки легких умирают у пациентов, пока остается загадкой — из-за повреждения, вызванного вирусом, самоиндуцированного разрушения или из-за обработки иммунными клетками.
Из легких SARS-CoV-2 может распространяться на другие органы, но исследователи не были уверены, как именно вирус распространялся. В экспериментах с органоидами, также сделанными из плюрипотентных стволовых клеток, они показали, что SARS-CoV-2 может инфицировать эндотелий — клетки, выстилающие кровеносные сосуды, который затем позволяет вирусным частицам проникать в кровь и циркулировать по всему организму. Отчеты о патологии поврежденных кровеносных сосудов у людей с COVID-19 также подтверждают эту гипотезу.
Исследования органоидов предполагают, что, попав в кровь, вирус может заразить сразу несколько органов, в том числе почку, как утверждают ученые. Хотя вирус инфицировал почечные органоиды и некоторые клетки погибли, исследователи не уверены, является ли это прямой причиной дисфункции почек, наблюдаемой у некоторых пациентов.
Другое исследование органоидов печени показало, что вирус может инфицировать и убивать клетки, которые способствуют выработке желчи, известные как холангиоциты. Многие ученые считают, что повреждение печени, наблюдаемое у людей с COVID-19, было вызвано гиперактивным иммунным ответом или побочными эффектами лекарств.
Вирус также может размножаться в клетках, которые выстилают тонкую и толстую кишку, известных как энтероциты, согласно исследованию Science, в котором использовались кишечные органоиды.
Несмотря на впечатляющие результаты исследований, использование органоидов для изучения взаимодействия «вирус-хозяин» находится в зачаточном состоянии. Исследователи утверждают, что необходимы более сложные органоидные системы, чтобы лучше понять, как вирус взаимодействует с иммунной системой организма и причиняет вред.
Читать также
В Антарктиде нашли первое яйцо динозавра: посмотрите, как он мог выглядеть
У коронавируса нашли щит из сахара. Он помогает быстрее заражать клетки