Вчені вирощують у лабораторії мініоргани. З їхньою допомогою вивчають, як вірус може пошкодити тканини легень, печінки і нирок, щоб пояснити ускладнення COVID-19 — The Nature

Автор:
Алла Кошляк
Редактор:
Євген Спірін
Дата:

Кароліна Ускакович / Артем Марков / «Бабель»

Вчені вирощують мініатюрні органи в лабораторії, щоб вивчити, як коронавірус може руйнувати організм людини, зокрема, легені, печінку, нирки і кишківник. Дослідники експериментують з препаратами у цих мініорганах, щоб знайти дієві методи лікування. А ще — мініоргани дешевші та етичніші за тести на тваринах. Переказуємо статтю The Nature про ці досліди та їхні результати.

Лікарі, що лікували хворих на коронавірус, знають, що SARS-CoV-2 може руйнівно впливати на органи. Але поки неясно, чи спричинено це безпосередньо вірусом, чи ускладненнями під час інфекції. Вчені використовують мініоргани, щоб показати, як поширюється вірус всередині людини, які клітини він заражає і якої шкоди завдає. Зазвичай для своєї роботи вірусологи беруть клітини, вирощені в пробірці — це дослідження in vitro. Але такий метод не завжди ефективний для SARS-CoV-2, тому що не дозволяє імітувати, що відбувається в організмі. Вирощені в лабораторії мініоргани краще демонструють, що вірус робить із тканинами людини.

Мініоргани можна вирощувати так, щоб вони включали клітини різних типів і могли набувати форми оригінального органа протягом кількох тижнів. Вони також дешевші за тести на тваринах і дозволяють уникнути етичних проблем. Разом з тим, у дослідженнях SARS-CoV-2 на мініорганах є обмеження: вони не відображають звʼязків між органами, а це означає, що результати все одно потрібно підтверджувати на тваринах і на людях.

Для лабораторних досліджень нових препаратів учені використовують щурів-альбіносів. Вони добре вивчені, їх недорого утримувати і у них невелика тривалість життя.

Zero Creatives

Одне з ключових питань досліджень на мініорганах: що SARS-CoV-2 робить з клітинами дихальної системи. Вчені з Японії виростили мінібронхи з чотирма різними типами клітин. Заразивши їх коронавірусом, вони виявили, що вірус націлений на одні типи клітин і значно гірше проникає в інші. З верхніх дихальних шляхів вірус може проникнути в легені і спричинити дихальну недостатність — серйозне ускладнення COVID-19. Використовуючи мінілегені, біолог Шуйбін Чен з Нью-Йорка показала, що деякі клітини помирають після зараження і що вірус спричинює вироблення білків, які можуть викликати масивну імунну відповідь. Багато людей з важкою формою COVID-19 відчувають шторм цитокінів, який може бути смертельним. Чен говорить, що вченим поки невідомо, чому саме гинуть клітини легенів пацієнтів — від самого вірусу чи від реакції імунітету на нього.

Так виглядають легені людини під мікроскопом.

MaXPdia

З легень SARS-CoV-2 може поширюватися на інші органи, але не було зрозуміло, як саме, поки іспанська біолог Нурія Монтсеррат і її колеги не опублікували дослідження в журналі Cell у травні. В експериментах на мініорганах вони показали, що SARS-CoV-2 може інфікувати ендотелій — клітини, що встилають кровоносні судини. Це дозволяє вірусним частинкам проникати в кров і циркулювати організмом. Звіти про пошкодження кровоносних судин у людей з COVID-19 також підтверджують цю гіпотезу, говорить Джозеф Пеннінгер, генний інженер з Канади та співавтор дослідження.

Дослідження припускають, що, потрапивши в кров, вірус може заразити одразу декілька органів, у тому числі нирки. Але дослідники поки не впевнені, що саме це призводить до дисфункції нирок у деяких пацієнтів. Дослідження мініпечінки показало, що вірус може інфікувати і вбивати клітини, які сприяють виробленню жовчі — холангіоцити. Раніше вважалося, що пошкодження печінки при COVID-19 спричинюється надмірною імунною відповіддю або побічними ефектами ліків, але робота біолога Бінга Чжао з Китаю свідчить, що вірус може безпосередньо вражати тканини печінки. Вірус може також розмножуватися в клітинах, що вистилають тонку і товсту кишку. «Зараз ми впевнені, що вірус може інфікувати тканини поза легенями і так впливати на розвиток хвороби», — каже Пеннінгер. Але більш серйозні наслідки, такі як ураження нирок та серця, ймовірно, повʼязані з поєднанням вірусної інфекції та надмірної імунної відповіді, говорить він.

Приблизний діаметр коронавірусу: від 80 до 160 нанометрів (нанометр — одна мільярдна частина метра).

BSIP / Contributor

Вчені також вивчають, чи можна використовувати мініоргани для моделювання реакції на ліки. Вони сподіваються у такий спосіб тестувати потенційні методи лікування COVID-19. «Багато клінічних випробувань були розроблені на основі знань про інші коронавіруси і почалися без ретельної оцінки, — говорить Чен. — В результаті багато з них виявилися невдалими». Чен перевірила близько 1 200 препаратів, схвалених Управлінням з контролю за продуктами і ліками США, і виявила, що протираковий лікарський засіб іматиніб пригнічує SARS-CoV-2 в мінілегенях. Відтоді було розпочато кілька клінічних випробувань препарату на пацієнтах з COVID-19.