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Les chercheurs développent le modèle laboratoire-élevé de poumon pour étudier l'infection SARS-CoV-2

Une équipe des chercheurs de Duke University a développé un modèle vivant laboratoire-élevé de poumon qui imite les poches aérien minuscules des poumons où l'infection de coronavirus et les dégâts de poumon sérieux ont lieu. Cette avance leur a permise d'observer le combat entre le coronavirus SARS-CoV-2 et les cellules de poumon à l'écaille moléculaire la plus fine.

Le virus endommage les poches aérien fragiles et comme un ballon, connues sous le nom d'alvéoles, menant à la pneumonie et à la détresse respiratoire aiguë, la principale cause du décès dans les patients Covid-19. Mais des scientifiques ont été entravés dans les études Covid-19 par le manque de modèles expérimentaux qui imitent les tissus de poumon humains.

Maintenant, une équipe aboutie par le biologiste Purushothama Rao Tata de cellules de duc a développé un modèle utilisant des « organoids de poumon, » les mini-poumons également aboubés dans une assiette. Les organoids sont développés des cellules épithéliales alvéolaires de type-2 (AT2s) qui sont les cellules souche qui réparent les parties les plus profondes des poumons où SARS-CoV-2 attaque.

La première recherche au duc avait montré cette une cellule AT2 juste, d'isolement dans les assiettes minuscules, pourrait se multiplier pour produire des millions de cellules qui s'assemblent dans les organoids comme un ballon qui semblent juste comme des alvéoles. Cependant, la « soupe » dans ce qui ont été développées les cellules a contenu les ingrédients complexes tels que le sérum des vaches qui n'est pas complet défini.

Le groupe de Tata a pris le défi important de prévoir et de vérifier beaucoup de combinaisons des facteurs chimiquement purs qui réaliseraient la fonction aussi bien, un problème qui collaboration étroite requise avec le boîtier calculant partagé du duc.

Le résultat est un organoid purement humain sans aucune cellule d'assistant. les Mini-poumons développés dans les puits minuscules activeront la science élevée de débit, en laquelle des centaines d'expériences peuvent être faites fonctionner simultanément pour examiner pour les candidats neufs de médicament ou pour recenser des produits chimiques de légitime défense produits par des cellules de poumon en réponse à l'infection.

C'est un système modèle polyvalent qui nous permet d'étudier non seulement SARS-CoV-2, mais n'importe quel virus respiratoire qui vise ces cellules, y compris la grippe. »

Purushothama Rao Tata, biologiste de cellules, Duke University

Un papier décrivant le développement des mini-poumons et de certains des expériences tôt avec l'infection de coronavirus est apparu 21 octobre en ligne tôt dans la cellule souche de cellules de tourillon.

Dans à l'aide des mini-poumons pour étudier l'infection SARS-CoV-2, l'équipe de Tata a collaboré avec des collègues de virologie au duc et à l'université de la Caroline du Nord à Chapel Hill. Pour traiter en toute sécurité ces virus mortels, les chercheurs ont utilisé les installations de pointe du niveau 3 de sécurité biologique au duc et à l'UNC-CH pour infecter des organoids de poumon. Les chercheurs ont observé les signes d'activité et de produit chimique de gène qui sont produits par les cellules de poumon après infection.

« C'est une découverte importante pour l'inducteur parce que nous employions les cellules qui n'avaient pas épuré des cultures, » avons dit Ralph Baric, un co-auteur sur le papier qui est un professeur distingué d'épidémiologie, de microbiologie et d'immunologie à l'UNC et d'autorité du monde sur des coronaviruses.

Les mini-poumons de duc sont être humain de 100 pour cent sans les cellules de support qui pourraient confondre des découvertes. « C'est travail incroyablement élégant pour figurer à l'extérieur comment épurer et élever les cellules AT2 dans la culture en forme pure, » Baric a dit.

Le laboratoire Baric est capable de changer n'importe quel nucléotide de code génétique du virus Covid-19 à volonté, ainsi il a produit une version rougeoyante qui indiquerait où elle est entrée dans les mini-poumons, confirmant qu'elle en effet a autoguidé dedans sur le récepteur essentiel de surface des cellules ACE2, menant à l'infection.

Si infectés avec le virus, les organoids ont été montrés pour lancer une réaction inflammatoire assistée par des interférons. Les chercheurs ont également été témoin de la tempête de cytokine des molécules immunisées que les poumons lancent en réponse au virus.

« C'était tempête de cytokine de pensée s'est produit en raison du grand afflux des cellules immunitaires, mais nous pouvons voir qu'il se produit également dans les cellules souche de poumon elles-mêmes, » Tata a dit.

Le laboratoire de Tata a trouvé les interférons produits par cellules et la mort cellulaire auto-destructrice expérimentée, juste comme les échantillons provenant des patients Covid-19 ont montré. Le signe pour le suicide de cellules parfois a été aussi bien déclenché en cellules voisines non infectées de poumon, car les cellules ont lutté pour obtenir en avant du virus.

Les chercheurs également comparés les configurations d'activité de gène entre les mini-poumons et les échantillons de six patients Covid-19 sévères et trouvés ils étaient d'accord avec « la similitude saisissante. »

« Nous avons seulement pu voir ceci des autopsies jusqu'ici, » Tata a dit. « Maintenant nous avons une voie de figurer à l'extérieur comment activer les cellules pour lutter contre ce virus mortel. »

Dans une autre suite d'expériences, les mini-poumons traités avec des doses inférieures d'interférons avant l'infection pouvaient ralentir la copie virale. Mais supprimant l'activité d'interféron avant que l'infection ait mené à la réplication virale accrue.

Tata, qui est une partie d'initiative régénératrice du médicament du duc, régénération ensuite, a indiqué que son laboratoire travaillait à élever les mini poumons mi-2019 et avait réalisé un modèle de fonctionnement juste comme pandémie de coronavirus a apparu.

Il a dit que son groupe travaillera avec l'universitaire et les partenaires de l'entreprise pour employer ces cellules pour des traitements cellulaires et pour essayer éventuellement d'élever un poumon complet pour la greffe.

Baric a dit que son laboratoire utilisera probablement les mini-poumons pour comprendre mieux une tension neuve de SARS-CoV-2 D614G appelé qui est devenu la version dominante du virus. Cette tension, qui a apparu en Italie, a une protéine de pointe qui est apparemment plus efficace à identifier le récepteur ACE2 sur des cellules de poumon, la rendant bien plus infectieuse.

Source:
Journal reference:

Katsura, H., et al. (2020) Human Lung Alveolospheres Provide Insights Into SARS-Cov-2 Mediated Interferon Responses and Pneumocyte Dysfunction. Cell Stem Cell. doi.org/10.1016/j.stem.2020.10.005.