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Os pesquisadores desenvolvem o modelo laboratório-crescido do pulmão para estudar a infecção SARS-CoV-2

Uma equipe de pesquisadores de Duke University desenvolveu um modelo vivo laboratório-crescido do pulmão que imitasse os sacos de ar minúsculos dos pulmões onde a infecção do coronavirus e dano de pulmão sério ocorrem. Este avanço permitiu-os de olhar a batalha entre o coronavirus SARS-CoV-2 e as pilhas do pulmão na escala molecular a mais fina.

O vírus danifica o delicado, balão-como os sacos de ar, conhecidos como os alvéolos, conduzindo à pneumonia e à aflição respiratória aguda, a causa de morte principal nos pacientes Covid-19. Mas os cientistas foram impedidos nos estudos Covid-19 pela falta dos modelos experimentais que imitam tecidos de pulmão humanos.

Agora, uma equipe conduzida pelo biólogo de pilha Purushothama do duque Rao Tata desenvolveu um modelo usando do “organoids pulmão,” os mini-pulmões igualmente dublados em um prato. Os organoids são crescidos do tipo-2 epitelial alveolar pilhas (AT2s) que são as células estaminais que reparam as parcelas as mais profundas dos pulmões onde SARS-CoV-2 ataca.

Uma pesquisa mais adiantada no duque tinha mostrado essa uma pilha AT2 justa, isolada em pratos minúsculos, poderia multiplicar para produzir milhões de pilhas que se montam balão-como nos organoids que olham apenas como os alvéolos. Contudo, a “sopa” em quais as pilhas foram crescidas conteve ingredientes complexos tais como o soro das vacas que não é definido completamente.

O grupo de Tata tomou no grande desafio de prever e de testar muitas combinações de factores quimicamente puros que fariam o trabalho assim como, um problema que cooperação estreita exigida com o conjunto de computação compartilhado do duque.

O resultado é um organoid puramente humano sem nenhumas pilhas de ajudante. os Mini-pulmões crescidos em poços minúsculos permitirão a ciência alta da produção, em que as centenas de experiências podem ser executadas simultaneamente para seleccionar para candidatos novos da droga ou para identificar os produtos químicos da autodefesa produzidos por pilhas do pulmão em resposta à infecção.

Este é um sistema modelo versátil que permita que nós estudem não somente SARS-CoV-2, mas todo o vírus respiratório que visar estas pilhas, incluindo a gripe.”

Purushothama Rao Tata, biólogo de pilha, Duke University

Um papel que descreve a revelação dos mini-pulmões e de algum experiências adiantadas com infecção do coronavirus apareceu o 21 de outubro em linha adiantado na célula estaminal da pilha do jornal.

Em usar os mini-pulmões para estudar a infecção SARS-CoV-2, a equipe de Tata colaborou com os colegas da virologia no duque e na universidade de North Carolina em Chapel Hill. Para tratar com segurança estes vírus mortais, os pesquisadores utilizaram facilidades avançadas do nível 3 da seguridade biológica no duque e no UNC-CH para contaminar organoids do pulmão. Os pesquisadores olharam os sinais da actividade e do produto químico de gene que são produzidos pelas pilhas do pulmão após a infecção.

“Esta é uma descoberta principal para o campo porque nós usávamos as pilhas que não tinham refinado culturas,” dissemos Ralph Baric, um co-autor no papel que é um distinto professor da epidemiologia, da microbiologia e da imunologia em UNC e da autoridade de mundo em coronaviruses.

Os mini-pulmões do duque são ser humano de 100 por cento sem as pilhas de apoio que poderiam confundir resultados. “Este é trabalho incredibly elegante para figurar para fora como refinar e para crescer as pilhas AT2 na cultura no formulário puro,” Baric disse.

O laboratório Baric é capaz de mudar todo o nucleotide do código genético do vírus Covid-19 na vontade, assim que produziu uma versão de incandescência que revelasse aonde foi nos mini-pulmões, confirmando que dirigiu certamente dentro no receptor crucial da superfície da pilha ACE2, conduzindo à infecção.

Quando contaminados com o vírus, os organoids foram mostrados para lançar uma resposta inflamatório negociada por interferonas. Os pesquisadores igualmente testemunharam a tempestade do cytokine de moléculas imunes o lançamento dos pulmões em resposta ao vírus.

“Era tempestade do cytokine do pensamento aconteceu devido ao grande influxo de pilhas imunes, mas nós podemos ver que igualmente acontece nas células estaminais elas mesmas do pulmão,” Tata disse.

O laboratório de Tata encontrou as interferonas produzidas pilhas e a morte celular autodestrutivo experimentada, apenas como as amostras dos pacientes Covid-19 mostraram. O sinal para o suicídio da pilha foi provocado às vezes em pilhas vizinhas uninfected do pulmão também, porque as pilhas se esforçaram para obter antes do vírus.

Os pesquisadores igualmente compararam os testes padrões da actividade de gene entre os mini-pulmões e as amostras de seis pacientes Covid-19 severos e encontradas concordaram com “a similaridade impressionante.”

“Nós pudemos somente ver até aqui isto das autópsias,” Tata disse. “Agora nós temos uma maneira de figurar para fora como energizar as pilhas para lutar contra este vírus mortal.”

Em uma outra série de experiências, os mini-pulmões tratados com as baixas doses das interferonas antes da infecção podiam retardar o copi viral. Mas suprimindo a actividade da interferona antes que a infecção conduzir à réplica viral aumentada.

Tata, que é uma parte da iniciativa regenerativa da medicina do duque, regeneração em seguida, disse que seu laboratório estava trabalhando em crescer os mini pulmões 2019 e tinha conseguido um modelo de funcionamento apenas enquanto a pandemia do coronavirus emergiu.

Disse que seu grupo estará trabalhando com os sócios académicos e da indústria para usar estas pilhas para terapias baseados em celulas e para as tentar eventualmente crescer um pulmão completo para a transplantação.

Baric disse que seu laboratório provavelmente estará usando os mini-pulmões para compreender melhor uma tensão nova de D614G chamado SARS-CoV-2 que se transformou a versão dominante do vírus. Esta tensão, que emergiu em Itália, tem uma proteína do ponto que seja aparentemente mais eficiente em reconhecer o receptor ACE2 em pilhas do pulmão, fazendo o ainda mais infeccioso.

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.