3D-modeller i Covid-19 forskning
Mini-lunger dyrket af væv doneret til Cambridge-hospitaler har givet et team af forskere fra Sydkorea og Storbritannien vigtig indsigt i, hvordan COVID-19 beskadiger lungerne.
Miniudgaver af lunge-organoider, dyrket af væv fra mennesker, har givet et team af forskere fra Sydkorea og Storbritannien vigtig indsigt i, hvordan COVID-19 beskadiger lungerne. Forskerne beskriver i det seneste nummer af Cell Stem Cell mekanismerne bag SARS-CoV-2-infektion og den tidlige medfødte immunrespons i lungerne.
Forskerne siger, at hos patienter der udvikler lungebetændelse på grund af SARS-CoV-2 (den virus der forårsager COVID-19), er det vævet i alveolerne* , som ser ud til at være det mest interessante at se på.
Forskerholdet brugte væv, som var doneret til en lang række vævsbanker**, til at udvinde en kendt lungecelle, som human lungealveolære type 2-celler. Ved at omprogrammere disse celler tilbage til deres tidligere stamcelle-fase, var de i stand til at dyrke selvorganiserende alveolær-lignende tredimensionelle (3D) strukturer, der opfører sig som lungevæv.
Dr. Joo-Hyeon Lee, som er en af forskerne bag arbejdet, siger: ”Vi ved stadig overraskende lidt om, hvordan SARS-CoV-2 inficerer lungerne og forårsager sygdom. Vores tilgang har gjort det muligt for os at dyrke 3D-modeller af lungevæv – man kan kalde det mini-lunger – i laboratoriet og undersøge, hvad der sker, når de bliver inficeret.”
Holdet inficerede lunge-organoiderne med en stamme af SARS-CoV-2 taget fra en patient i Sydkorea, der var blevet diagnosticeret med COVID-19-virussen. Ved hjælp af en kombination af fluorescens-billeddannelse og enkeltcellet genetisk analyse var forskerne i stand til at undersøge, hvordan cellerne reagerede på infektion fra virussen.
Man ved stadig overraskende lidt om, hvordan SARS-CoV-2 inficerer lungerne og forårsager sygdom. Med disse 3D-modeller har forskerne frembragt en slags ‘mini-lunger’ i laboratoriet.
3D-modellerne blev udsat for SARS-CoV-2, og hurtigt begyndte virussen at formere sig og nåede fuld cellulær infektion kun seks timer efter infektionen. Omkring samme tid begyndte cellerne at producere interferoner – proteiner, der fungerer som advarselssignaler til naboceller, der beder dem om at aktivere deres antivirale forsvar. Efter 48 timer udløste interferoner det medfødte immunrespons, og cellerne begyndte at bekæmpe infektionen.
Holdet fandt ud af, at 60 timer efter infektion begyndte en del af de alveolære celler at gå i opløsning, hvilket førte til celledød og skade på lungevævet.
Selvom forskerne observerede ændringer i lungecellerne inden for tre dage efter infektion, forekommer kliniske symptomer på COVID-19 sjældent så hurtigt og det kan undertiden tage flere end 10 dage, efter at man er blevet smittet, før de mærkes. Holdet siger, at der er flere mulige årsager til dette. Det kan tage flere dage fra virussen først infiltrerer de øvre luftveje til den når alveolerne. Det kan også kræve, at en betydelig del af de alveolære celler inficeres (eller til yderligere interaktioner med immunceller, hvilket resulterer i betændelse) før en patient viser symptomer.
“Baseret på vores model kan vi tackle mange ubesvarede nøglespørgsmål, såsom forståelse af genetisk modtagelighed for SARS-CoV-2, vurdering af relativ ineffektivitet af virale mutanter og afsløring af virussens skadeprocesser i humane alveolære celler,” sagde Dr Joo-Hyeon Lee, som er medforfatter til artiklen. “Vigtigst af alt er, at det giver mulighed for at udvikle og teste potentielle terapeutiske midler mod SARS-CoV-2-infektion.”
* Alveoler = små luftsække I lungerne
** Royal Papworth Hospital, National Health Service (NHS) Foundation Trust, Addenbrooke’s Hospital, Cambridge University NHS Foundations Trust, UK og Seoul National University Hospital, Sydkorea.
Organoider er tredimensionelle (3D) cellekulturer, der inkorporerer nogle af nøglefunktionerne i et givent organ.
