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杜克大学的一个研究小组开发了一种实验室生长的活肺模型

北卡罗莱纳州杜伦市-杜克大学的一个研究小组开发了一种实验室生长的活肺模型,该模型模仿了发生冠状病毒感染和严重肺损伤的肺的微小气囊。这一进步使他们能够以最佳的分子规模观察SARS-CoV-2冠状病毒与肺细胞之间的斗争。

该病毒会破坏称为肺泡的细微气球状气囊,从而导致肺炎和急性呼吸窘迫,这是Covid-19患者死亡的主要原因。但是由于缺乏模拟人类肺组织的实验模型,科学家在Covid-19研究中受到了阻碍。

现在,由杜克大学细胞生物学家Purushothama Rao Tata领导的团队开发了一种使用“肺类器官”的模型,该模型也被称为菜中的迷你肺。类器官来自于肺泡上皮2型细胞(AT2s),它们是修复SARS-CoV-2侵袭的肺部最深部分的干细胞。

杜克大学(Duke)的早期研究表明,只有一个AT2细胞被分离成细小的盘子,才能繁殖以产生数百万个细胞,这些细胞将自身组装成看起来像肺泡的气球状类器官。但是,细胞生长的“汤”包含复杂成分,例如来自牛的血清,但尚未完全定义。

塔塔(Tata)的小组面临着预测和测试许多化学纯因子组合的巨大挑战,这些组合同样可以完成这项工作,这个问题需要与杜克大学的共享计算集群密切合作。

结果是没有任何辅助细胞的纯人类器官。在微小孔中生长的微型肺将实现高通量科学,其中可以同时进行数百个实验,以筛选新药候选物或鉴定肺细胞对感染做出反应的自卫性化学物质。

塔塔说:“这是一个通用的模型系统,它使我们不仅可以研究SARS-CoV-2,而且可以研究针对这些细胞的任何呼吸道病毒,包括流感。”10月21日,在线描述干细胞的发育和一些冠状病毒感染的早期实验的论文发表在10月21日的在线《干细胞》杂志上。

在使用小型肺脏研究SARS-CoV-2感染时,塔塔(Tata)的研究小组与杜克大学(Duke)和教堂山北卡罗来纳大学的病毒学同事合作。为了安全地处理这些致命病毒,研究人员利用了杜克大学和UNC-CH实验室的最新生物安全3级设施来感染肺类器官。研究人员观察了感染后肺细胞产生的基因活性和化学信号。

该论文的合著者拉尔夫·巴里奇(Ralph Baric)说:“这是该领域的重大突破,因为我们使用的细胞没有纯化的培养物。”在冠状病毒上。杜克迷你肺是100%的人类,没有可以混淆发现的支持细胞。“这是一项非常出色的工作,旨在弄清楚如何以纯净的形式纯化和培养AT2细胞,” Baric说。

Baric的实验室能够随意更改Covid-19病毒遗传密码的任何核苷酸,因此它产生了发光的版本,可以揭示它在微型肺中的去向,从而证实它确实存在于关键的ACE2细胞表面。受体,导致感染。

当被病毒感染时,类器官显示出启动了由干扰素介导的炎症反应。研究人员还目睹了肺部针对这种病毒而发出的免疫分子的细胞因子风暴。

塔塔说:“人们认为细胞因子风暴是由于免疫细胞大量涌入而引起的,但我们可以看到它也发生在肺干细胞本身中。”

塔塔(Tata)的实验室发现这些细胞产生干扰素,并经历了自毁性细胞死亡,就像来自Covid-19患者的样本所示。细胞自杀的信号有时也会在未感染的邻近肺细胞中触发,因为这些细胞都在努力超越病毒。研究人员还比较了六名Covid-19严重患者的小肺和样本之间的基因活性模式,发现他们同意“惊人的相似性”。

塔塔说:“到目前为止,我们只能从尸检中看到这一点。”“现在我们有办法弄清楚如何激发细胞抵抗这种致命的病毒。”

在另一系列实验中,感染前用低剂量干扰素治疗的小肺能够减慢病毒复制。但是在感染前抑制干扰素活性会导致病毒复制增加。

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