Oamenii de ştiinţă americani au creat organoizi pulmonari (plămâni în miniatură) pe care i-au infectat cu virusul responsabil pentru Covid-19, dezvăluind noi modalităţi de răspândire a infecţiei şi sugerând potenţiale tratamente.
O echipă de la Sanford Burnham Prebys, Universitatea California din San Diego (UC San Diego) şi colaboratori internaţionali a raportat că sunt mai multe tipuri de celule pulmonare care pot fi infectate de SARS-CoV-2 decât se credea anterior, inclusiv cele fără receptori virali cunoscuţi.
Echipa de cercetare a raportat, de asemenea, pentru prima dată, că plămânul este capabil să formeze independent un răspuns inflamator antiviral fără ajutorul sistemului imunitar atunci când este expus la SARS-CoV-2.
Această lucrare este deosebit de oportună, deoarece cazurile de Covid-19 sunt în creştere în Statele Unite unde, mai mult de jumătate din statele din ţară raportează niveluri „foarte ridicate” sau „ridicate” de infecţie, potrivit Centrelor americane pentru Controlul şi Prevenirea Bolilor (CDC).
„Pandemia a trecut dar SARS-CoV-2 şi Covid-19 nu a dispărut”, spune dr. Evan Snyder, director al Centrului pentru celule stem şi medicină regenerativă şi profesor în cadrul programului de genetică umană la Sanford Burnham Prebys, într-un comunicat.
„Deşi mulţi oameni prezintă simptome uşoare sau moderate, Covid-19 încă ucide”, adaugă dr. Sandra Leibel, neonatolog la Spitalul de copii Rady din San Diego şi profesor asociat de pediatrie la facultatea de medicină a UC San Diego.
„Acest virus este aici pentru a rămâne şi trebuie să învăţăm tot ce putem despre el, astfel încât să putem îmbunătăţi tratamentul şi prevenţia”, spun cei doi medici.
Descoperirile despre SARS-CoV-2 şi Covid-19 au fost pubicate la 19 iulie în revista medicală PNAS.
Oamenii de ştiinţă au folosit o tehnică de transformare a celulelor prelevate de la pacienţi în celule asemănătoare celulelor stem. Aceste celule cu aspect embrionar - cunoscute sub denumirea de celule stem pluripotente induse (iPSC) - pot fi apoi transformate în alte tipuri de celule umane.
Echipa le-a făcut să se dezvolte în diverse tipuri de celule pulmonare într-un model care imită plămânul uman la o scară mai mică - organoizi.
„Cu majoritatea modelelor pentru studierea infecţiilor respiratorii, nu putem izola un răspuns celular specific, deoarece avem toate celulele sistemului imunitar care se grăbesc să ajute organul să facă faţă invadatorilor”, notează dr. Snyder.
„Utilizând organoizii pulmonari sau «mini-plămânii» pe care i-am dezvoltat, un alt avantaj este că putem alege sexul celulelor, astfel încât să nu studiem doar ţesutul pulmonar cu dominanţă masculină sau feminină”, adaugă dr. Leibel.
„Acest lucru este important, deoarece ştim că plămânul răspunde diferit în timpul bolii în cazul femeilor sau bărbaţilor”.
În plus, echipa ar putea crea iPSC de la pacienţi din diferite grupuri rasiale şi etnice pentru a încerca să înţeleagă disparitatea cunoscută în această boală şi în alte afecţiuni - atât în ceea ce priveşte predispunerea la infecţie, gravitatea consecinţelor şi răspunsul la diferite medicamente.
Oamenii de ştiinţă au observat în organoizii pulmonari că SARS-CoV-2 a fost capabil să infecteze acut multe tipuri de celule nedescrise anterior.
Acest lucru a rămas valabil atunci când s-au testat diferite tulpini de SARS-CoV-2, deşi era clar că anumite tulpini erau mai eficiente în infectarea anumitor tipuri de celule.
„S-a crezut până acum că SARS-CoV-2 infectează numai celulele cu anumiţi receptori, în special cele cu receptorul ACE2, cunoscut pentru interacţiunea cu infama proteină de vârf (spike) a SARS-CoV-2”, explică dr. Snyder.
„Am demonstrat că, atunci când un punct de intrare directă nu era disponibil, virusul pur şi simplu străpunge în schimb membrana celulară”.
„Având în vedere că varianta Delta a produs simptome mai severe, iar varianta Omicron a fost mai puţin mortală, dar mai contagioasă, am emis ipoteza că Delta ar putea prefera celulele alveolare aflate mai adânc în plămâni, în timp ce Omicron aderă mai mult la căile respiratorii superioare”, adaugă dr. Leibel.
Deşi toate tulpinile au fost capabile să infecteze mai multe tipuri de celule pulmonare, cercetătorii au observat o preferinţă distinctă pentru aceste tulpini, aşa cum au estimat iniţial.
De fapt, pe măsură ce tulpinile s-au schimbat în timp, oamenii de ştiinţă au putut vedea ce s-a raportat la pacienţi în funcţie de schimbarea caracterului pandemiei.
Tulpinile anterioare, cum ar fi Delta, au cauzat pneumonii mai mortale, deoarece au afectat celulele pulmonare inferioare.
Tulpinile ulterioare, precum Omicron, au afectat mai mult celulele pulmonare superioare şi au determinat medicii să constate mai puţine pneumonii şi mai multe probleme ale căilor respiratorii şi dureri de gât.
Astfel, folosirea organoizilor, acest sistem mini-pulmonar, poate ajuta echipa să estimeze rezultatele pacienţilor.
În plus faţă de demonstrarea modului în care virusul infectează celulele considerate anterior sigure, oamenii de ştiinţă au găsit, de asemenea, o modalitate de a bloca manevra de apărare neaşteptată a virusului.
Echipa a demonstrat că apilimodul - un medicament studiat în prezent pentru tratarea potenţială a cancerului, sclerozei laterale amiotrofice (SLA), demenţei şi a diferitelor infecţii virale - a blocat în mod eficient intrarea, „pe uşa din dos", a SARS-CoV-2 în celulele lipsite de puncte de intrare tradiţionale.
„Datele noastre sugerează că apilimod ar putea fi o terapie adjuvantă administrată din timp pentru a încetini infecţia şi a spori eficacitatea altor medicamente şi a răspunsului imunitar înnăscut”, spune dr. Snyder.
Într-un alt rezultat surprinzător, laboratorul a descoperit că organoizii pulmonari dezvoltaţi au propriul lor sistem intrinsec de „prim răspuns” ca reacţie la detectarea SARS-CoV-2. Chiar dacă miniplămânii nu au nicio legătură cu un sistem imunitar, acest studiu arată că celulele pulmonare pot iniţia multe dintre aceleaşi modificări biologice şi de semnalizare celulară ca răspuns la o ameninţare virală care sunt observate atunci când sistemul imunitar este prezent.
„Am descoperit că celulele pulmonare sunt capabile să reacţioneze în mod autonom la infecţie imediat şi, în acelaşi timp, să solicite ulterior întăriri din partea sistemului imunitar”, adaugă dr. Snyder.
„Am arătat că nu doar celulele imunitare devin supra-activate şi secretă prea multe citokine pro-inflamatorii care contribuie la cazurile severe de Covid-19”, spune dr. Leibel. „Şi celulele pulmonare fac acest lucru”, a explicat medicul.
Oamenii de ştiinţă au aflat că acest sistem inerent de răspuns antiviral din organoizii pulmonari a fost orchestrat de o sursă improbabilă: una dintre cele patru proteine care se amestecă cu grăsimile pentru a forma o substanţă ca o spumă în sacii de aer ai plămânilor, care ajută la a-i menţine deschişi în timp ce respirăm.
Această substanţă asemănătoare detergentului se numeşte surfactant, iar proteina surfactant B (SP-B), care o constituie, s-a dovedit a fi cel mai important actor în încercările organoizilor pulmonaride a respinge SARS-CoV-2.
Nicio cercetare anterioară nu sugerase că SP-B ar juca vreun rol de semnalizare celulară.
„Când am testat miniplămânii modificaţi genetic pentru a nu exprima SP-B, am observat un număr triplu de celule infectate cu SARS-CoV-2”, spune dr. Leibel.
„Când am continuat să tratăm aceşti mini-plămâni modificaţi cu SP-B într-un mod similar cu cel în care sunt trataţi nou-născuţii prematuri cu deficit de surfactant, am observat o reducere a infectivităţii virale”, a precizat medicul.
„Aceste constatări sugerează nu doar una, ci două potenţiale aplicaţii noi de medicamente cu posibila utilizare clinică a surfactantului la începutul perioadei în cazurile Covid-19”, adaugă dr. Snyder. „Acest lucru este important, deoarece avem doar două medicamente antivirale actuale dovedite că au efect, paxlovid şi remdesivir”.
În urma acestor descoperiri, echipa intenţionează să continue cu alte studii pentru a determina exact cum este surfactantul atât de eficient în protejarea celulelor împotriva invaziei virale.
De asemenea, laboratorul american investighează dacă un test rapid pentru SP-B, precum şi anumite citokine pro-inflamatorii caracteristice pot ajuta la determinarea rapidă a persoanelor care prezintă un risc mai mare pentru forme mai severe de Covid-19.
