Доклинические модели, которые резюмируют аспекты заболеваний дыхательных путей человека, необходимы для продвижения новых терапевтических средств и вакцин. В текущем исследовании, опубликованном в журнале mBIO, исследователи из Медицинского колледжа Бейлора сообщают о разработке универсального органоида носа человека — лабораторного представления клеток, выстилающих внутреннюю часть носа, где происходят первые события естественной вирусной инфекции.
Используя органоиды носа, которые моделируют сложные взаимодействия между клетками человека и вирусом, команда показала ключевые различия между инфекцией SARS-CoV-2, вирусом, вызывающим COVID-19, и респираторно-синцитиальным вирусом (RSV), основным педиатрический респираторный вирус, обеспечивающий лучшее понимание первых шагов к заболеванию и ведущий к потенциальным новым методам лечения.
Модель также оказалась полезным инструментом для проверки эффективности терапевтических средств, таких как паливизумаб, моноклональное антитело, одобренное FDA, для предотвращения тяжелого заболевания RSV у младенцев с высоким риском. Органоидная система человеческого носа является частью доклинической оценки методов лечения, которые помогут ускорить перенос разработанных в лаборатории терапевтических средств на лечение у постели больного, пишет medicalxpress.com.
«В случае респираторных вирусов, таких как SARS-CoV-2 и RSV, заражение начинается в носу, когда человек вдыхает вирус», — сказал автор-корреспондент доктор Педро Пьедра, профессор молекулярной вирусологии и микробиологии, педиатрии и фармакология и химическая биология в Бэйлоре. Он также является директором лаборатории диагностики респираторных вирусов, сертифицированной Бейлором по улучшению клинической лаборатории (CLIA). «Разработанные нами органоиды человеческого носа обеспечивают доступ к внутренней части человеческого носа, что позволяет нам изучать ранние случаи инфекции в лаборатории, чего у нас раньше не было. Мы успешно разработали органоиды человеческого носа как у взрослых, так и у младенцев».
Клетки, выстилающие внутреннюю часть носа, эпителий, подвергаются воздействию воздуха с одной стороны и системы кровообращения с противоположной стороны.
«Наша трехмерная система органоидов воспроизводит эту естественную ситуацию в лаборатории с использованием носового эпителия, собранного с помощью мазка из носа», — объяснил первый автор доктор Анубама Раджан, научный сотрудник лаборатории Пьедра. «Мы выращиваем собранный эпителий в чашках для культур тканей, которые обеспечивают интерфазу между воздухом и жидкостью, где верхняя сторона эпителия подвергается воздействию воздуха, а нижняя сторона купается в жидкости с питательными веществами и другими факторами».
Чтобы изучить взаимодействие между SARS-CoV-2 или RSV и эпителием носа, исследователи смоделировали естественную инфекцию, поместив каждый вирус отдельно на воздушную сторону культуральных чашек и изучив изменения, которые произошли в органоиде носа.
«Мы наблюдали разные реакции на инфекцию SARS-CoV-2 и RSV», — сказал соавтор доктор Васанти Авадханула, доцент кафедры молекулярной вирусологии и микробиологии в Бейлоре. «SARS-CoV-2 вызывает серьезное повреждение эпителия, отсутствие реакции интерферона (противовирусная первая защитная реакция) и минимальную секрецию слизи. В отличие от этого, RSV вызывает обильную секрецию слизи и выраженную реакцию интерферона».
Команда также использовала свою органоидную модель инфекции RSV человека, чтобы проверить эффективность паливизумаба. В этом случае они поместили терапевтическое моноклональное антитело в заполненную жидкостью камеру, чтобы больше походить на человеческий опыт, когда терапевтические антитела попадают в кровоток и обеспечивают защиту дыхательных путей от инфекции РСВ.
«В нашей модели паливизумаб эффективно предотвращал заражение РСВ в зависимости от концентрации», — сказал Авадханула, содиректор (CLIA)-сертифицированной лаборатории диагностики респираторных вирусов и исследовательской программы лаборатории.
В этом исследовании команда впервые описала неинвазивный, воспроизводимый и надежный подход к установлению органоидов носа человека, который позволяет проводить долгосрочные исследования. Предыдущие модели были получены с использованием инвазивной биопсии легкого или носа или бронхоальвеолярного лаважа. «Простота получения образцов мазка из носа облегчает наш неинвазивный подход к взрослой популяции в целом, а также к уязвимому педиатрическому населению», — сказал Пьедра.
Еще одно преимущество использования этой новой системы органоидов человеческого носа заключается в том, что она может показать, как происходит первоначальный контроль человека над инфекцией , и дать представление о том, что может сделать человека более восприимчивым к вирусу, чем другого. Эта система также может быть использована для изучения других респираторных вирусов и потенциально других болезнетворных микробов.
Среди других участников этой работы - Эшли Морган Уивер, Джина Мари Алоизио, Джозеф Джелински, Ханна Л. Джонсон, Сьюзан Ф. Венейбл, Тревор Макбрайд, Летиша Айдеян, Фелипе-Андрес Пьедра, Сюнян Йе, Эрнестина Меликофф-Портильо, Малли Рама Канти Йеррамилли, Си-Лей Цзэн, Майкл А. Манчини, Фабио Стосси, Энтони В. Марессо, Шалака А. Коткар, Мэри К. Эстес и Сара Блатт, все из Медицинского колледжа Бейлора.