Cercetătorii cresc organe în miniatură în laborator pentru a studia modul în care noul coronavirus se desfășoară în corp, scrie pestigioasa revistă de știință Nature, în ediția de marți. Studiile efectuate în aceste organoizi dezvăluie versatilitatea virusului în afectarea organelor vitale, de la plămâni la ficat, rinichi și intestin. Cercetătorii experimentează, de asemenea, medicamente din aceste mini-țesuturi pentru a vedea ce terapii sunt mai potrivite.
Medicii germani știu de la pacienții spitalizați și din autopsii că SARS-CoV-2 poate avea un efect devastator asupra organelor. Dar nu este clar dacă o parte din aceste pagube sunt cauzate direct de virus sau de complicații secundare ale infecției. Mai multe grupuri folosesc studii pe organoizi pentru a arăta unde în corp călătorește virusul, ce celule infectează și ce pagube face.
„Frumusețea organoizilor este că seamănă cu adevărata morfologie a țesuturilor”, spune Thomas Efferth, biolog celular la Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz, Germania.
Virologii studiază de obicei virusurile folosind linii celulare sau celule animale cultivate într-o farfurie. Dar acestea nu modelează bine infecția SARS-CoV-2 pentru că nu imită ceea ce se întâmplă în organism, spun cercetătorii.
Organoizii demonstrează mai bine ce face SARS-CoV-2 țesutului uman, spune Núria Montserrat, biolog în celule stem la Institutul de Bioinginerie al Cataloniei din Barcelona, Spania. Pot fi cultivate pentru a include mai multe tipuri de celule și să ia forma organului original în câteva săptămâni, spune Montserrat. De asemenea, sunt mai puțin costisitoare decât modelele animale și evită preocupările etice pe care le prezintă.
Dar studiile SARS-CoV-2 la organoizi au limitări, deoarece acestea nu reflectă intersecția dintre organe care are loc în organism, ceea ce înseamnă că rezultatele vor trebui totuși validate în modelele animale și în studiile clinice, spune Bart Haagmans, un virolog la Erasmus MC din Rotterdam, Olanda.
Kazuo Takayama, un biolog cu celule stem la Universitatea Kyoto, Japonia, și colegii săi au dezvoltat organoizi bronșici cu patru tipuri de celule distincte, obținute din celule înghețate din stratul bronșic exterior sau epiteliu. Atunci când echipa sa a infectat organoizii cu SARS-CoV-2, ei au descoperit că virusul țintește în principal celulele stem care reumple celulele din epiteliul cunoscute sub numele de celule bazale, dar nu au intrat cu ușurință în „celule de club” secretoare. Echipa, care și-a postat activitatea pe BioRxiv, intenționează acum să studieze dacă virusul se poate răspândi de la celulele bazale la alte celule.
Din căile respiratorii superioare, virusul poate intra în plămâni și poate provoca insuficiență respiratorie, o complicație severă a COVID-19. Folosind mini-plămâni într-un vas, Shuibing Chen, un biolog cu celule stem la Weill Cornell Medicine din New York, a arătat că unele celule mor după ce au fost infectate și că virusul induce producerea de proteine cunoscute sub numele de chemokine și citokine, care poate declanșa un răspuns imun masiv. Multe persoane cu infecție COVID-19 severă resimt o reacție imună cunoscută sub numele de furtună de citokine, care poate fi mortală.
Dar Chen, care și-a postat rezultatele pe BioRxiv, spune că rămâne un mister de ce celulele pulmonare mor la pacienți – fie că datorează deteriorării cauzate de virus, distrugerii auto-induse, fie sunt afectate de celulele imune.
Din plămâni, SARS-CoV-2 se poate răspândi și la alte organe, dar cercetătorii nu erau siguri cât de exact a călătorit virusul până când Montserrat și colegii ei au publicat un studiu în mai. În experimentele efectuate pe organoizi, făcute și din celule stem pluripotente, acestea au arătat că SARS-CoV-2 poate infecta endoteliul – celulele care acoperă vasele de sânge – ceea ce permite apoi particulelor virale să se scurgă în sânge și să circule în tot corpul. Rapoartele de patologie ale vaselor de sânge deteriorate la persoanele cu COVID-19 susțin, de asemenea, această ipoteză, spune Josef Penninger, un inginer genetic la Universitatea din Columbia Britanică din Vancouver, Canada și co-autor al studiului.
Studiile efectuate pe organoizi sugerează că odată intrat în sânge, virusul poate infecta direct mai multe organe, inclusiv rinichii, spun Penninger și Montserrat. Deși virusul a infectat mini-renichi și unele celule au murit, cercetătorii nu sunt siguri dacă aceasta este cauza directă a disfuncției renale observată la unii pacienți.
Un alt studiu efectuat pe organoizi hepatici a descoperit că virusul poate infecta și ucide celulele care contribuie la producerea bilei, cunoscute sub numele de cololangiocite. Mulți cercetători au considerat că leziunile hepatice observate la persoanele cu COVID-19 au fost cauzate de un răspuns imun hiperactiv sau de reacții adverse la medicamente, spune Bing Zhao, biolog celular la Universitatea Fudan din Shanghai, China, care a publicat rezultatele sale în Protein & Cell. Lucrarea sa „sugerează că virusul poate ataca direct țesutul hepatic, ceea ce poate provoca leziuni hepatice”, spune Zhao.
Virusul se poate reproduce, de asemenea, în celulele care aliniază intestinul subțire și gros, cunoscut sub numele de enterocite, potrivit unui studiu științific care a folosit organoizi intestinali.
Deși aceste descoperiri sunt clarificatoare, utilizarea organoizilor pentru a studia interacțiunea virus-gazdă este încă de la început, spune Haagmans, care a dezvoltat organoizi intestinali. „Este prea devreme să spunem cât de relevanți sunt”, spune el. E nevoie de sisteme mai complexe, spun cercetătorii.
„Suntem destul de siguri acum că virusul care provoacă COVID-19 poate infecta țesutul în afara plămânului și poate contribui semnificativ la boli”, spune Penninger. Dar, efectele mai grave, cum ar fi afectarea rinichilor și a inimii, se datorează probabil unei combinații de infecții virale și unui răspuns imunitar excesiv, spune el.
Oamenii de știință studiază, de asemenea, dacă organoizii pot fi folosiți pentru a modela modul în care reacționează medicamentele în organism. Speranța este că organoizii pot fi folosiți pentru a testa potențialele terapii COVID-19, unele dintre ele fiind deja trecute la studii clinice fără teste ample pe modelele celulare și animale.
„Datorită sensibilității la timp, multe studii clinice au fost proiectate pe baza cunoștințelor anterioare ale altor coronavirusuri și au fost lansate fără o evaluare atentă în sistemele model”, spune Chen. „Drept urmare, mulți dintre ei au eșuat”.
Chen a analizat aproximativ 1.200 de medicamente aprobate de Administrația SUA pentru Alimente și Medicamente pentru alte boli și a descoperit că imatinibul a reprimat SARS-CoV-2 în organoizi pulmonari. De atunci au fost lansate mai multe studii clinice umane ale medicamentului ca tratament pentru COVID-19.
Și alte grupuri testează, de asemenea, medicamente deja existente împotriva coronavirusului.
Articolul original poate fi citit aici.