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I ricercatori sviluppano il modello laboratorio-crescente del polmone per studiare l'infezione SARS-CoV-2

Un gruppo dei ricercatori di Duke University ha sviluppato un modello vivente laboratorio-crescente del polmone che imita i sacchi di aria minuscoli dei polmoni in cui l'infezione di coronavirus ed il danno ai polmoni serio hanno luogo. Questo avanzamento ha permesso loro di guardare la battaglia fra il coronavirus SARS-CoV-2 e le celle del polmone al disgaggio molecolare più fine.

Il virus danneggia i sacchi di aria delicati e del tipo di pallone, conosciuti come gli alveoli, piombo alla polmonite ed all'emergenza respiratoria acuta, la causa della morte principale in pazienti Covid-19. Ma gli scienziati sono stati ostacolati negli studi Covid-19 dalla mancanza di modelli sperimentali che imitano i tessuti polmonari umani.

Ora, un gruppo piombo dal biologo Purushothama Rao Tata delle cellule di duca ha sviluppato un modello facendo uso “dei organoids del polmone,„ mini-polmoni anche definiti in un piatto. I organoids si sviluppano da tipo-2 epiteliale alveolare le celle (AT2s) che sono le cellule staminali che riparano le parti più profonde dei polmoni in cui SARS-CoV-2 attacca.

La ricerca più iniziale a duca aveva indicato quella una cella giusta AT2, isolata nei piatti minuscoli, potrebbe moltiplicarsi per produrre milioni di celle che si montano nei organoids del tipo di pallone che assomigliano appena agli alveoli. Tuttavia, “la minestra„ in cui le celle si sono sviluppate ha contenuto gli ingredienti complessi quale il siero dalle mucche che completamente non è definito.

Il gruppo di Tata ha intrapreso la sfida importante di predizione e di verificare delle molte combinazioni di fattori chimicamente puri che avrebbero fatto il processo parimenti, un problema che stretta collaborazione richiesta con il cluster di calcolo comune di duca.

Il risultato è un organoid puramente umano senza alcune celle di assistente. i Mini-polmoni sviluppati in pozzi minuscoli permetteranno all'alta scienza di capacità di lavorazione, in cui le centinaia di esperimenti possono essere fatte funzionare simultaneamente per schermare per i nuovi candidati della droga o per identificare i prodotti chimici dell'autodifesa prodotti dalle celle del polmone in risposta all'infezione.

Ciò è un sistema-modello versatile che permette che noi studiamo non solo SARS-CoV-2, ma tutto il virus respiratorio che mira a queste celle, compreso influenza.„

Purushothama Rao Tata, biologo delle cellule, Duke University

Un documento che descrive lo sviluppo dei mini-polmoni e di alcuno esperimenti iniziali con l'infezione di coronavirus è comparso 21 ottobre online in anticipo nella cellula staminale delle cellule del giornale.

Nel per mezzo dei mini-polmoni per studiare l'infezione SARS-CoV-2, il gruppo di Tata ha collaborato con i colleghi della virologia a duca ed all'università di North Carolina a Chapel Hill. Per trattare sicuro questi virus micidiali, i ricercatori hanno utilizzato gli impianti avanzati del Livello 3 di sicurezza biologica a duca e a UNC-CH per infettare i organoids del polmone. I ricercatori hanno guardato i segnali di attività e del prodotto chimico di gene che sono prodotti dalle celle del polmone dopo l'infezione.

“Questa è un'innovazione importante per il campo perché stavamo usando le celle che non avevano depurato le culture,„ abbiamo detto Ralph barico, un co-author sul documento che è un professore distinto dell'epidemiologia, della microbiologia e dell'immunologia ad UNC e dell'autorità di mondo sui coronaviruses.

I mini-polmoni di duca sono un essere umano di 100 per cento senza le celle supportanti che potrebbero confondere i risultati. “Questo è lavoro incredibilmente elegante per capire come depurare e coltivare le celle AT2 nella cultura nel modulo puro,„ Baric ha detto.

Il laboratorio Baric è capace di cambiamento del tutto il nucleotide del codice genetico del virus Covid-19 a volontà, in modo da ha prodotto una versione d'ardore che avrebbe rivelato dove è andato nei mini-polmoni, confermando che effettivamente ha puntato il ricevitore cruciale della superficie delle cellule ACE2, piombo all'infezione.

Una volta infettati con il virus, i organoids sono stati indicati per lanciare una risposta infiammatoria mediata dagli interferoni. I ricercatori egualmente hanno testimoniato la tempesta di citochina delle molecole immuni il lancio dei polmoni in risposta al virus.

“Era tempesta di citochina di pensiero è accaduto dovuto il grande afflusso delle celle immuni, ma possiamo vedere che egualmente accade nelle cellule staminali stesse del polmone,„ Tata ha detto.

Il laboratorio di Tata ha trovato gli interferoni prodotti celle e la morte autodistruttiva sperimentata delle cellule, appena come i campioni dai pazienti Covid-19 hanno indicato. Il segnale per il suicidio delle cellule a volte è stato avviato in celle vicine non infette del polmone pure, poichè le celle hanno lottato per ottenere davanti al virus.

I ricercatori egualmente hanno confrontato i reticoli di attività di gene fra i mini-polmoni e campioni da sei pazienti severi Covid-19 e trovati hanno acconsentito con “similarità notevole.„

“Abbiamo potuti soltanto vedere questo dalle autopsie finora,„ Tata ha detto. “Ora abbiamo un modo capire come stimolare le celle per combattere contro questo virus micidiale.„

in altra serie di esperimenti, i mini-polmoni trattati con le dosi basse degli interferoni prima dell'infezione potevano rallentare la copiatura virale. Ma sopprimendo attività dell'interferone prima che l'infezione piombo alla replicazione virale aumentata.

Tata, che è una parte di iniziativa a ricupero della medicina di duca, rigenerazione dopo, ha detto che il suo laboratorio stava lavorando a coltivare i mini polmoni del 2019 ed aveva raggiunto un modello di funzionamento appena come la pandemia di coronavirus è emerso.

Ha detto che il suo gruppo lavorerà con sia i partner dell'industria che accademici per usare queste celle per alle le terapie basate a cella e finalmente per provare a coltivare un polmone completo per trapianto.

Barico ha detto che il suo laboratorio probabilmente utilizzerà i mini-polmoni per capire meglio un nuovo sforzo di D614G chiamato SARS-CoV-2 che si è trasformato nella versione dominante del virus. Questo sforzo, che è emerso in Italia, ha una proteina della punta che è apparentemente più efficiente a riconoscere il ricevitore ACE2 sulle celle del polmone, rendente la ancor più contagiosa.

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.