Искусственные мини-органы помогли ученым увидеть, как вирус SARS-CoV-2 повреждает легкие

Крошечные искусственные легкие, выращенные в лаборатории из стволовых клеток, позволили ученым наблюдать за тем, как коронавирус поражает легкие. Специалисты характеризуют это как «важный прорыв» в области изучения Covid-19.

Исследования проводили параллельно в двух лабораториях: в Кембриджском университете в Великобритании и Университете Дьюка (штат Северная Каролина, США). Статьи обеих исследовательских групп опубликованы в Stem Cell (1, 2).

Мини-легкие были выращены специально для исследований коронавируса. Главное преимущество таких искусственных органов в том, что они позволяют точно реконструировать процессы, проходящие в альвеолах — пузырьковых структурах наших легких, в которых происходит попадание кислорода в легочные капилляры.

Именно альвеолы вирус SARS-CoV-2 поражает сильнее всего. Однако изучением влияния коронавирусов на человеческий организм область применения мини-легких не ограничивается. «Это универсальная модельная система, которая позволяет нам изучать не только SARS-CoV-2, но и любой респираторный вирус <…>, в том числе грипп», — говорит Пурушотхама Рао Тата, сотрудник Университета Дьюка.

Ученые заразили модельные органы коронавирусом; изучение инфекционного процесса проводили благодаря комбинации флуоресцентной микроскопии и генетического анализа отдельных клеток. Всего через шесть часов после заражения SARS-CoV-2 прошел все клеточные стадии вирусной инфекции и начал продуцировать новые вирусные частицы.

Примерно в то же время началась выработка интерферонов — сигнальных белков, которые «предупреждают» соседние клетки об инфекции и активируют их защитные функции. Опосредованный интерферонами врожденный иммунный ответ — «первая линия противовирусной обороны» — был запущен в течение 48 часов с момента заражения. А через 60 часов после введения вируса часть альвеолярных клеток начала гибнуть и распадаться, что привело к серьезному повреждению ткани мини-легких.

Ученые также наблюдали цитокиновый шторм — гиперреакцию иммунной системы на вирус, которая характеризуется повышенной активностью иммунных клеток и бурным выделением различных цитокинов и биохимических медиаторов. «Считалось, что цитокиновый шторм происходит из-за притока иммунных клеток [в очаг инфекции], но мы видим, что это [бурное выделение биохимических медиаторов] также происходит в самих клетках легких», — говорит Рао Тата.

Хотя исследователи наблюдали изменения в клетках модельных органов в течение трех дней после заражения, клинические симптомы Covid-19 редко проявляются настолько быстро. Иногда признаки вирусной инфекции заметны более чем через десять дней после попадания вируса в организм. Ученые считают, что это может быть связано с длительностью «путешествия» вируса по дыхательным путям до альвеол, а также с тем, что необходимо инфицирование значительной части альвеолярных клеток, прежде чем у пациента появятся симптомы.

Ученые надеются использовать свою методику, чтобы создавать модели органов пациентов, особенно уязвимых для инфекционных патогенов. Благодаря этому можно будет изучать вопросы генетической предрасположенности к тяжелым формам инфекции, оценивать потенциальную опасность различных вирусных штаммов и тестировать противовирусные препараты.

Ранее японские ученые смоделировали, как распространяется Covid-19 при разговоре за столом, а в Нидерландах зарегистрирована первая смерть пациента, повторно заразившегося коронавирусом.