(MOREDUN ANIMAL HEALTH/Science Photo Library/Getty Images) Wissenschaftler, die an einer im Labor gezüchteten Mini-Lunge arbeiten, nutzen nun ihr lebendes Modell, um die Strömung besser zu verstehen Pandemie und mögliche neue Behandlungen.
Die neueste Version dieses einzigartigen Organoids basiert vollständig auf dem Menschen Stammzellen , bekannt dafür, die tiefsten Teile unserer Lunge zu reparieren. Als die Forscher es aussetzten SARS-CoV-2 , die Ergebnisse waren aufschlussreich.
Wenn man nur eine dieser sich selbst erneuernden Einheiten in eine Schale mit einer maßgeschneiderten Wachstumslösung gibt, können Millionen von Zellen in einem Klumpen entstehen, der den winzigen Luftbläschen in der menschlichen Lunge ähnelt.
Diese als Alveolen bekannten ballonartigen Säcke haben sich gezeigt diffuser Schaden in tödlichen Fällen von COVID 19 , und während dieses Chaos ist oft zugeschrieben Wir sind immer noch dabei herauszufinden, wie eine Lungenschädigung tatsächlich zu einer Lungenschädigung kommt.
Das neue Minimodell gibt uns einen Einblick in den Kampf auf molekularer Ebene und ist zwar bei weitem nicht so komplex wie eine echte menschliche Lunge, aber dadurch auch einfacher zu kontrollieren und zu beobachten.
Das einzigartige Organoid umfasst nur einen Lungentyp Stammzelle , bekannt als alveoläre Typ-2-Epithelzelle (AT2), die die Fähigkeit besitzt, sich selbst zu erneuern, sich in andere Lungenzellen zu differenzieren, den Beutel mit Tensiden offen zu halten und sich direkt daran zu binden Viren .
Wenn das SARS-CoV-2 Virus In die Schale dieses Organoids eingeführt wurde, sagen Forscher, dass das Virus schnell die AT2-Zellen infizierte und sich in der alveolenähnlichen Struktur ausbreitete.
Die Infektion löste auch eine Entzündungsreaktion im Organoid aus, die die Produktion und Vermehrung des Tensids reduzierte und zum Zelltod führte, manchmal in umliegenden Bereichen, die noch nicht einmal vom Virus betroffen waren.
„Dies ist ein großer Durchbruch auf diesem Gebiet, da wir Zellen verwendeten, die keine gereinigten Kulturen aufwiesen.“ erklärt Ralph Baric, Epidemiologe, Mikrobiologe und Immunologe an der University of North Carolina.
„Das ist eine unglaublich elegante Arbeit, um herauszufinden, wie man AT2-Zellen in Kultur reinigt und züchtet.“
Bei der Analyse der Genexpression dieser Miniorgane stellten die Forscher fest, dass der durch die SARS-CoV-2-Infektion ausgelöste Entzündungszustand zur Produktion von Interferonen, Zytokinen, Chemokinen und zur Aktivierung von Genen im Zusammenhang mit dem Zelltod führte.
Darüber hinaus zeigten diese Unterschriften: auffallende Ähnlichkeit ' zu dem, was bei Patienten mit schwerer COVID-19-Erkrankung beobachtet wurde. Die Ergebnisse stimmen auch mit den neuesten überein zunehmende Beweise Dies deutet darauf hin, dass schwere Fälle von COVID-19 einen Zytokinsturm auslösen, der die Lunge anfällig für Schäden machen kann.
Die meisten dieser Beobachtungen stammen jedoch aus Autopsien und wurden nicht in lebendem Gewebe beobachtet.
Dieses neu entwickelte Modell ist eine einzigartige und vielseitige neue Möglichkeit, Atemwegsviren in Aktion zu untersuchen, und es zeigt, wie eine Kaskade von Abwehrmechanismen innerhalb der Stammzellen selbst mehr Schaden als Nutzen anrichten kann.
„Man ging davon aus, dass der Zytokinsturm auf den großen Zustrom von Immunzellen zurückzuführen ist, aber wir können sehen, dass er auch in den Lungenstammzellen selbst auftritt.“ sagt Zellbiologe Purushothama Rao Tata von der Duke University.
„Jetzt haben wir eine Möglichkeit herauszufinden, wie wir die Zellen mit Energie versorgen können, um gegen dieses tödliche Virus zu kämpfen“, fügt er hinzu.
In einer anderen Reihe von Experimenten an der Minilunge fanden Forscher heraus, dass die Verabreichung niedriger Dosen von Interferonen vor der Infektion die Ausbreitung des Virus verlangsamte, wohingegen die Reduzierung von Interferonen vor der Infektion den Schaden verschlimmerte.
Dies deutet darauf hin, dass Interferone irgendwie die Immunantwort in unseren Alveolen vermitteln und die Kaskade des Zelltods verlangsamen, während die Lunge versucht, der Infektion einen Schritt voraus zu sein.
Aber das ist möglicherweise nicht das ganze Bild; Es ist nur ein kleiner Einblick in das, was vor sich geht. Andere aktuelle Studien zeigen, dass Interferone zwar in bestimmten Stadien der Infektion eine hilfreiche Behandlung sein können, in anderen Fällen jedoch die Situation verschlimmern können.
Obwohl in ihrem Modell noch viele Fehler und Details behoben werden müssen, hoffen die Forscher, dass sie eines Tages Mini-Lungen züchten können, mit denen Hunderte von Experimenten gleichzeitig durchgeführt werden können, um herauszufinden, wie die Lunge reagiert vor Infektionen und auch, wie wir sie am besten schützen können.
Es gab noch nie einen wichtigeren Zeitpunkt, mehr zu lernen.
Die Studie wurde veröffentlicht in Zellstammzelle .