«Мини-легкие», выращенные из образцов ткани, предоставили группе ученых из Южной Кореи и Великобритании важные сведения о том, как коронавирусная инфекция COVID-19 повреждает легкие. В статье, опубликованной в журнале Cell Stem Cell, исследователи подробно описывают механизмы, лежащие в основе инфекции SARS-CoV-2 и раннего врожденного иммунного ответа в легких. Новость появилась на сайте Кембриджского университета.
На сегодняшний день во всем мире зарегистрировано более 40 миллионов случаев заражения COVID-19. Основными тканями-мишенями SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, особенно у пациентов с пневмонией, по всей видимости, являются альвеолы – крошечные воздушные мешочки в легких, которые участвуют в процессе дыхания.
Чтобы лучше понять, как SARS-CoV-2 поражает легкие и вызывает заболевание, группа ученых из Великобритании и Южной Кореи обратила свое внимание на органоиды – объемные «мини-органы», которые имитируют поведение тканей и органов.
Команда извлекла из живой ткани тип клеток легких, известных как альвеолярные клетки легких второго типа. Перепрограммируя эти клетки обратно на их более раннюю стадию стволовых клеток, ученые смогли вырастить самоорганизующиеся альвеолярно-подобные трехмерные структуры, имитирующие поведение ключевой ткани легкого. Далее они смогли в лаборатории изучить, что происходит, когда эти клетки заражаются коронавирусом.
Команда заразила органоиды штаммом SARS-CoV-2, взятым у пациента из Южной Кореи, которому 26 января 2020 года был поставлен диагноз COVID-19 после поездки в Ухань (Китай). Используя флуоресцентную визуализацию и генетический анализ отдельных клеток, они смогли изучить, как клетки ответили на вирус.
Когда 3D-модели подверглись воздействию SARS-CoV-2, вирус начал быстро размножаться, полностью инфицировав клетку всего через шесть часов после заражения. Репликация (копирование) позволяет вирусу распространяться по организму, заражая другие клетки и ткани.
Примерно в то же время клетки начали вырабатывать интерфероны – белки, которые действуют как сигналы sos для соседних клеток, побуждая их активировать противовирусную защиту. Через 48 часов интерфероны запустили врожденный иммунный ответ – его первую линию защиты – и клетки начали сопротивляться инфекции.
Через шестьдесят часов после заражения часть альвеолярных клеток начала распадаться, что привело к гибели клеток и повреждению ткани легких.
Хотя исследователи наблюдали изменения в клетках легких в течение трех дней после заражения, клинические симптомы COVID-19 редко проявляются так быстро и иногда могут проявляться более чем через десять дней после заражения. Команда считает, что этому есть несколько возможных причин. С момента первого проникновения вируса в верхние дыхательных пути до того, как он попадёт в альвеолы, может пройти несколько дней. Также может потребоваться значительная часть альвеолярных клеток для инфицирования или для дальнейших взаимодействий с иммунными клетками, приводящих к воспалению, прежде чем у пациента появятся симптомы.
«Основываясь на нашей модели, мы можем ответить на многие ключевые вопросы: например, о генетической предрасположенности к SARS-CoV-2. Также мы можем оценить относительную инфекционность вирусных мутантов и выявить процессы повреждения вируса в альвеолярных клетках человека, подчеркнул доктор Ён Сок Джу (Young Seok Ju), адъюнкт-профессор из Корейского передового института науки и технологий. – Что наиболее важно, это дает возможность разрабатывать и проверять потенциальные терапевтические средства против инфекции SARS-CoV-2».
[Фото: JEONGHWAN YOUK, TAEWOO KIM, AND SEON PYO HONG]
