Органоиды носа человека позволили выявить ключевые различия между инфекцией SARS-CoV-2
Доклинические модели, воспроизводящие аспекты заболеваний дыхательных путей человека, необходимы для разработки новых терапевтических средств и вакцин. В данном исследовании, опубликованном в журнале mBIO, ученые из Медицинского колледжа Бэйлора сообщают о разработке универсального органоида носа человека - лабораторного представления клеток, выстилающих внутреннюю часть носа, где происходят первые события естественной вирусной инфекции.
Используя органоиды носа, которые моделируют сложные взаимодействия между клетками человека и вирусом, команда показала ключевые различия между инфекцией SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, и инфекцией респираторно-синцитиального вируса (RSV), основного детского респираторного вируса, что обеспечивает лучшее понимание первых шагов к болезни и ведет к потенциальным новым методам лечения.
Модель также оказалась полезным инструментом для проверки эффективности терапевтических средств, таких как паливизумаб, моноклональное антитело, одобренное FDA для предотвращения тяжелого заболевания RSV у младенцев из группы высокого риска. Органоидная система носа человека является частью доклинической оценки терапии, которая поможет ускорить перенос разработанных в лаборатории терапевтических средств в больницу.
"В случае респираторных вирусов, таких как SARS-CoV-2 и RSV, инфекция начинается в носу, когда человек вдыхает вирус", - сказал автор работы доктор Педро Пьедра, профессор молекулярной вирусологии и микробиологии, педиатрии, фармакологии и химической биологии в Бэйлоре. Он также является директором сертифицированной Лаборатории по диагностике респираторных вирусов Бэйлора, имеющей сертификат CLIA (Clinical Laboratory Improvement Amendments). "Органоиды человеческого носа, которые мы разработали, обеспечивают доступ к внутренней части человеческого носа, позволяя нам изучать ранние события инфекции в лаборатории, чего мы не имели раньше. Мы успешно создали органоиды человеческого носа как у взрослых, так и у младенцев".
Клетки, выстилающие внутреннюю поверхность носа, эпителий, с одной стороны подвержены воздействию воздуха, а с противоположной - кровеносной системы.
"Наша трехмерная система органоидов воспроизводит эту естественную ситуацию в лаборатории, используя эпителий, собранный с помощью носового тампона", - объясняет первый автор исследования доктор Анубама Раджан, постдокторант в лаборатории Пьедры. "Мы выращиваем собранный эпителий в культурах тканей, которые обеспечивают воздушно-жидкостную интерфазу, где верхняя сторона эпителия подвергается воздействию воздуха, а нижняя сторона купается в жидкости с питательными веществами и другими факторами".
Для изучения взаимодействия между SARS-CoV-2 или RSV и эпителием носа исследователи смоделировали естественную инфекцию, поместив каждый вирус отдельно на воздушную сторону культуральных пластин и изучив изменения, произошедшие на органоиде носа.
"Мы наблюдали различные реакции на заражение SARS-CoV-2 и RSV", - сказал соавтор исследования доктор Васанти Авадханула, доцент кафедры молекулярной вирусологии и микробиологии в Бэйлоре. "SARS-CoV-2 вызывает сильное повреждение эпителия, отсутствие реакции интерферона (противовирусная реакция первой защиты) и минимальную секрецию слизи. В отличие от этого, RSV вызывает обильную секрецию слизи и глубокий интерфероновый ответ".
Команда также использовала органоидную модель инфекции RSV в носу человека для проверки эффективности паливизумаба. В этом случае они поместили терапевтическое моноклональное антитело в заполненную жидкостью камеру, чтобы более точно повторить опыт человека, когда терапевтические антитела попадают в кровообращение и обеспечивают защиту дыхательных путей от инфекции RSV.
"В нашей модели паливизумаб эффективно предотвращал инфекцию RSV в зависимости от концентрации, - сказал Авадханула, содиректор сертифицированной (CLIA) лаборатории диагностики респираторных вирусов и исследовательской программы лаборатории.
В этом исследовании команда впервые описала неинвазивный, воспроизводимый и надежный подход к созданию органоидов носа человека, позволяющий проводить долгосрочные исследования. Предыдущие модели были получены с помощью инвазивной биопсии легких или носа или бронхо-альвеолярного лаважа.
"Простота получения образцов носового мазка облегчает применение нашего неинвазивного подхода как среди взрослого населения, так и среди уязвимой педиатрической популяции", - сказал Пьедра.
Еще одним преимуществом использования этой новой органоидной системы носа человека является то, что она может показать, как происходит первоначальный контроль инфекции у человека, и дать представление о том, что делает человека более восприимчивым к вирусу, чем другой. Эта система также может быть использована для изучения других респираторных вирусов и, возможно, других микробов, вызывающих заболевания.
