Laboratoriossa kasvatetut minikeuhkot matkivat aitoa-aina covid-infektioon asti

kuva

kuva: yksi keuhkojen kantasolu kopioi itsensä tuottaakseen tuhansia soluja ja synnyttääkseen kuplamaisen rakenteen, joka muistuttaa ihmisen keuhkojen hengityskudoksia. Nämä ovat sellejä… Katso lisää

luotto: Arvind Konkimalla/Tata lab, Duken yliopisto

DURHAM, N. C. — Duken yliopiston tutkijaryhmä on kehittänyt laboratoriossa kasvatetun elävän keuhkomallin, joka jäljittelee keuhkojen pieniä ilmapusseja, joissa koronavirustartunta ja vakavat keuhkovauriot tapahtuvat. Tämä edistysaskel on mahdollistanut SARS-CoV-2-koronaviruksen ja keuhkosolujen välisen taistelun seuraamisen hienoimmassa molekyylimittakaavassa.

virus vaurioittaa keuhkorakkuloita eli keuhkorakkuloita, jotka johtavat keuhkokuumeeseen ja akuuttiin hengitysvaikeuteen, joka on Covid-19-potilaiden yleisin kuolinsyy. Covid-19-tutkimuksissa tutkijoita on kuitenkin haitannut ihmisen keuhkokudoksia jäljittelevien kokeellisten mallien puuttuminen.

nyt Duken solubiologi Purushothama Rao Tatan johtama työryhmä on kehittänyt mallin, jossa käytetään” keuhko-organoideja”, joita kutsutaan myös lautasen minikeuhkoiksi. Organoidit ovat kasvaneet alveolaarisista epiteelityypin 2 soluista (AT2s), jotka ovat kantasoluja, jotka korjaavat keuhkojen syvimmät osat, joissa SARS-CoV-2 hyökkää.

Duken aikaisempi tutkimus oli osoittanut, että vain yksi pieniin astioihin eristetty AT2-solu voisi lisääntyä tuottaakseen miljoonia soluja, jotka kokoavat itsensä ilmapallomaisiksi organoideiksi, jotka näyttävät aivan keuhkorakkuloilta. ”Soppa”, jossa soluja kasvatettiin, sisälsi kuitenkin monimutkaisia ainesosia, kuten lehmien seerumia, jota ei ole täysin määritelty.

Tatan ryhmä otti suuren haasteen ennustaa ja testata monia kemiallisesti puhtaiden tekijöiden yhdistelmiä, jotka tekisivät työn yhtä hyvin, ongelma, joka vaati tiivistä yhteistyötä Duken jaetun laskentaklusterin kanssa.

tuloksena on puhtaasti ihmisen organoidi, jossa ei ole auttajasoluja. Pienissä kaivoissa kasvatetut Mini-keuhkot mahdollistavat suuren suoritustehon tieteen, jossa satoja kokeita voidaan suorittaa samanaikaisesti uusien lääkeaihioiden seulomiseksi tai itsepuolustuskemikaalien tunnistamiseksi, joita keuhkosolut tuottavat vastauksena infektioon.

”tämä on monipuolinen mallijärjestelmä, jonka avulla voimme tutkia SARS-CoV-2: n lisäksi mitä tahansa näihin soluihin kohdistuvaa hengitystievirusta, myös influenssaa”, Tata sanoi. Paperi, jossa kuvataan kehitystä mini-keuhkot ja joitakin varhaisia kokeita koronavirustartunnan ilmestyi aikaisin verkossa Lokakuu. Cell Stem Cell-lehdessä 21.

käytettäessä minikeuhkoja SARS-CoV-2-infektion tutkimiseen Tatan tiimi teki yhteistyötä Duken ja Pohjois-Carolinan yliopiston Chapel Hillissä toimivien virologikollegoiden kanssa. Jotta näitä tappavia viruksia voitaisiin käsitellä turvallisesti, tutkijat käyttivät Duken ja UNC-CH: n huipputason bioturvallisuustason 3 tiloja keuhko-organoidien tartuttamiseksi. Tutkijat tarkkailivat geenien toimintaa ja kemiallisia signaaleja, joita keuhkosolut tuottavat infektion jälkeen.

”tämä on merkittävä läpimurto alalle, koska käytimme soluja, joissa ei ollut puhdistettuja viljelmiä”, sanoi Ralph Baric, toinen kirjan kirjoittajista, joka on arvostettu epidemiologian, mikrobiologian ja immunologian professori UNC: ssä ja WORLD authority on coronavirusesissa. Herttuan minikeuhkot ovat 100-prosenttisesti ihmisiä, eikä niissä ole tukisoluja, jotka voisivat sekoittaa löydöksiä. ”Tämä on uskomattoman tyylikäs työ selvittää, miten puhdistaa ja kasvattaa AT2-soluja viljelmässä puhtaassa muodossa”, Baric sanoi.

Baricin laboratorio pystyy muuttamaan minkä tahansa Covid-19-viruksen nukleotidin geneettistä koodia mielensä mukaan, joten se tuotti hehkuvan version, joka paljastaisi, minne se meni mini-keuhkoissa, vahvistaen, että se todellakin kotiutui ratkaisevaan ACE2-solun pintareseptoriin, mikä johti infektioon.

kun organoidit saivat tartunnan, niiden osoitettiin käynnistävän interferonien välittämän tulehdusvasteen. Tutkijat ovat myös todistaneet immuunimolekyylien sytokiinimyrskyä, jonka keuhkot laukaisevat vastauksena virukselle.

”luultiin, että sytokiinimyrsky tapahtui immuunisolujen suuren tulvan takia, mutta näemme, että sitä tapahtuu myös itse keuhkojen kantasoluissa”, Tata sanoi.

Tatan laboratoriossa havaittiin, että solut tuottivat interferoneja ja kokivat itsetuhoisen solukuoleman, aivan kuten Covid-19-potilailta otetut näytteet ovat osoittaneet. Signaali solun itsemurha joskus laukaistiin infektoimattomat naapurimaiden keuhkosolujen sekä, koska solut kamppailivat päästä ennen viruksen. Tutkijat vertasivat myös minikeuhkojen ja kuuden vakavan Covid-19-potilaan näytteiden välisiä geenien aktiivisuusmalleja ja havaitsivat niiden hyväksyvän ”silmiinpistävän samankaltaisuuden.”

”olemme voineet nähdä tämän vasta ruumiinavauksista tähän asti”, Tata sanoi. ”Nyt meillä on keino selvittää, miten saada solut toimimaan tätä tappavaa virusta vastaan.”

toisessa koesarjassa pienet keuhkot, joita hoidettiin pienillä interferoniannoksilla ennen infektiota, pystyivät hidastamaan virusten kopiointia. Interferonitoiminnan tukahduttaminen ennen tartuntaa johti lisääntyneeseen viruksen replikaatioon.

Tata, joka on osa Duken regeneratiivisen lääketieteen aloitetta, Regeneration Next, kertoi laboratorionsa työskentelevän mini-keuhkojen kasvattamiseksi vuoden 2019 puolivälissä ja saavuttaneen toimivan mallin juuri koronaviruspandemian puhjettua. Hän sanoi ryhmänsä työskentelevän sekä akateemisten että alan kumppaneiden kanssa näiden solujen käyttämiseksi solupohjaisissa hoidoissa ja lopulta yrittävän kasvattaa kokonaisen keuhkon elinsiirtoa varten.

Baric sanoi, että hänen laboratorionsa tulee todennäköisesti käyttämään mini-keuhkoja ymmärtääkseen paremmin uutta SARS-CoV-2-kantaa nimeltä D614G, josta on tullut viruksen hallitseva versio. Tällä Italiassa syntyneellä kannalla on spike-proteiini, joka on ilmeisesti tehokkaampi tunnistamaan keuhkosolujen ACE2-reseptorin, mikä tekee siitä entistä tarttuvamman.

tämä tutkimus on tehty Chan Zuckerbergin säätiön, Yhdysvaltain kansallisen terveysinstituutin (UC6-AI058607, AI132178, AI149644, R00HL127181, R01HL146557, R01HL153375, R21GM1311279, F30HL143911, dk065988), Duke University ja United Therapeutics Corporation.

lainaus: ”ihmisen keuhkorakkuloiden kautta saadaan tietoa SARS-Cov-2-Välitteisistä Interferonivasteista ja Pneumosyyttien toimintahäiriöistä”, Hiroaki Katsura*, Vishwaraj Sontake*, Aleksandra Tata*, Yoshihiko Kobayashi*, Caitlin E. Edwards*, Brook E. Heaton, Arvind Konkimalla, Takanori Asakura, Yu Mikami, Ethan J. Fritch, Patty J. Lee, Nicholas S. Heaton, Richard C. Boucher, Scott H. Randell, Ralph S. Baric, Purushothama Rao Tata.* osoittaa co-first kirjoittajat. Cell Stem Cell, early online loka. 21, 2020. DOI: 10.1016 / J.stem.2020.10.005

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.