کشت ریه‌های مصنوعی کوچک برای بررسی کروناویروس

به گزارش ایسنا و به نقل از دیلی میل، اخیرا محققان "دانشگاه دوک" و "دانشگاه کمبریج" در دو مطالعه مستقل و جداگانه برای بررسی شیوع کووید-۱۹، ریه‌های مصنوعی تولید کردند.

این ریه‌های مصنوعی کوچک همانند ریه‌های طبیعی دارای کیسه‌های هوای کوچکی هستند که هنگام تنفس اکسیژن را به درون خود می‌کشند و این ناحیه مکانی مهم در ریه است که ویروس به آن آسیب جدی وارد می‌کند.

آزمایش شیوع کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ بر روی این ریه‌ها به محققان این امکان را می‌دهد که داروهای بالقوه را آزمایش کنند و درک بهتری از دلیل ابتلای برخی افراد به نوع مزمن این بیماری نسبت به دیگران داشته باشند.

در هر دو مطالعه، مدل‌های سه بعدی ریه که از سلول‌های بنیادی رشد یافته‌اند در هنگام حمله کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲، سلول‌های حفره ای(alveolar cells) که عمیق ترین قسمت از ریه‌ها است را ترمیم می‌کنند.

تا به امروز در سراسر جهان بیش از ۴۰ میلیون فرد به این بیماری مبتلا شده اند و تقریباً ۱.۱۳ میلیون فرد نیز در اثر ابتلا به این بیماری در گذشته اند.

به گفته محققان دانشگاه کمبریج، بافت‌های اصلی که توسط کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ به ویژه در بیمارانی که به ذات الریه مبتلا می‌شوند، مورد هدف قرار می‌گیرند، سلولهای حفره‌ای هستند.

کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ سلولهای حفره‌ای را از بافت اهدایی استخراج کرده و مجدداً این سلول‌ها را برنامه ریزی می‌کنند و آنها را به سلول بنیادی اولیه تبدیل و مجبور میکنند تا درون ساختارهای سه بعدی حفره‌ای خودسازمان دهنده که از رفتار اصلی بافت ریه تقلید می‌کنند، رشد کنند.

دکتر "جو هیون لی" (Joo-Hyeon Lee)  یکی از نویسندگان ارشد مقاله دانشگاه کمبریج گفت: عجیب است اما ما هنوز هم درباره چگونگی آلودگی ریه‌ها توسط کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ و ایجاد بیماری اطلاعات کمی داریم.

رویکرد ما این امکان را به ما داده است که بتوانیم مدل‌های سه بعدی از بافت اصلی ریه را در آزمایشگاه پرورش دهیم و بررسی کنیم هنگامیکه آنها آلوده می‌شوند دقیقا چه اتفاقی می‌افتد.

محققان دانشگاه دوک نیز رویکرد مشابهی را در پیش گرفتند. این تیم به سرپرستی "پوروشوتاما رائو تاتا" (Purushothama Rao Tata) زیست شناس سلولی دانشگاه دوک، اظهار داشتند که مدل آنها اجازه می‌دهد تا همزمان صدها آزمایش برای غربالگری و بررسی داروهای جدید انجام دهند.

تاتا گفت: این یک سیستم همه کاره است که به ما امکان می‌دهد نه تنها کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲، بلکه هر ویروس تنفسی از جمله آنفلوآنزا که این سلول‌ها را مورد هدف قرار می‌دهد، مطالعه کنیم.

محققان هر دو تیم ریه‌های ایجاد شده را به سویه‌ای از کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ آلوده کردند تا درک بهتری از نحوه انتشار ویروس و اتفاقات رخ داده در سلول های ریه در پاسخ به بیماری داشته باشند. محققان کمبریج با محققانی از کره جنوبی همکاری کردند تا نمونه‌ای از ویروس بدن بیماری که در ژانویه پس از سفر به ووهان آلوده شده بود را گرفته و مورد بررسی قرار دهند.

آنها با استفاده از ترکیبی از تصویربرداری فلورسانس و تجزیه و تحلیل ژنتیکی تک سلولی، قادر به بررسی نحوه واکنش سلول‌ها به ویروس شدند. وقتی مدل‌های سه بعدی در معرض کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ قرار گرفتند، ویروس سریعا شروع به تکثیر کرد و تنها شش ساعت پس از آلودگی، عفونت به تمام سلول‌ها رسید.

محققان دانشگاه کمبریج گفتند که تکثیر، ویروس را قادر به گسترش در سراسر بدن می‌سازد و سلول‌ها و بافت‌های دیگر را آلوده می‌کند. تقریباً در همان زمان ، سلول‌ها شروع به تولید اینترفرون ها می‌کنند و به آنها می‌گویند دفاع خود را فعال کنند. اینترفرونها پروتئین‌هایی هستند که به عنوان سیگنال‌های هشدار دهنده به سلول‌های مجاور عمل می‌کنند. پس از ۴۸ ساعت، اینترفرون‌ها باعث ایجاد پاسخ ایمنی ذاتی - اولین خط دفاعی آن - شدند و سلول ها شروع به مقابله با عفونت کردند. شصت ساعت پس از عفونت، زیرمجموعه‌ای از سلول‌های حفره‌ای شروع به از هم پاشیدن کردند که این عمل منجر به مرگ سلول و آسیب به بافت ریه شد.

اگرچه محققان طی سه روز پس از عفونت تغییرات سلول‌های ریه را مشاهده کردند، علائم بالینی کووید-۱۹ به ندرت به این سرعت رخ می‌دهد و گاهی اوقات ممکن است بروز این علائم بیش از ۱۰ روز طول بکشد. محققان می‌گویند دلایل مختلفی برای این امر وجود دارد. ممکن است چندین روز طول بکشد تا ویروس به دستگاه تنفسی فوقانی نفوذ کند و سپس به سلول‌های حفره‌ای برسد.

دکتر لی در ادامه افزود: ما امیدواریم که بتوانیم از تکنیک جدیدمان برای پرورش مدل‌های سه بعدی از سلول‌های بیمارانی همانند سالمندان و افرادی که دارای مشکلات ریوی هستند استفاده کنیم و بفهمیم چه بر سر بافت آنها آمده است.

محققان دانشگاه دوک نیز از مدل سه بعدی ریه خود در کنار سایر تکنیک‌ها برای درک بهتر کووید-۱۹ استفاده کردند.

همانند محققان کمبریج، محققان دانشگاه دوک نیز دریافتند که هنگام آلوده شدن سلول‌ها به این ویروس، این ارگانوئیدها یک واکنش التهابی را با واسطه اینترفرون ها آغاز می‌کنند. محققان همچنین شاهد طوفان سیتوکین مولکول‌های ایمنی ریه در پاسخ به ویروس بودند.

تاتاگفت: تصور می‌شد طوفان سیتوکین به دلیل هجوم زیاد سلول‌های ایمنی اتفاق افتاده است اما دیدیم این اتفاق در خود سلول‌های بنیادی ریه رخ می‌دهد.

محققان دوک همچنین الگوی فعالیت ژن را در بین این ریه‌های کوچک و نمونه‌های شش بیمار مبتلا به نوع وخیم کووید-۱۹ مقایسه کردند.

تاتاگفت: ما تاکنون فقط با بررسی کالبدشکافی‌ها قادر به مشاهده این مسئله بودیم اما اکنون ما راهی برای کشف نحوه انرژی دادن به سلول‌ها برای مبارزه با این ویروس کشنده داریم.

"رالف باریک"، یکی از نویسندگان مقاله دوک، گفت که او برای درک بهتر سویه جدید کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲به نام D۶۱۴G (که به نسخه غالب ویروس تبدیل شده است) از مینی ریه‌ها استفاده کرده است. این سویه که در ایتالیا پدید آمده است، دارای پروتئین میخ مانندی است که باعث آلودگی بیشتر آن می‌شود. مقالات دانشگاه کمبریج و دانشگاه دوک در مجله " Cell Stem Cells "منتشر شده است.