Стоковые изображения от Depositphotos
Органоиды кишечника человека инфицированные SARS-CoV-2
Исследователи медицинского центра Weill Cornell Medicine создали миниатюрные легкие для того, чтобы изучать на них алгоритм заражения коронавирусом. Они уверены, что, если лучше понять как патоген наносит ущерб организму, то будет яснее и как его остановить. Об этом пишет научный журнал Nature.
Несколько месяцев ученые выращивали органы из скоплений человеческих клеток. После того, как миниатюрные легкие достигли размеров чечевицы, их заразили коронавирусом, чтобы испытать 15 тыс. различных лекарственных препаратов. В ходе исследований почти все мини-органы погибли от вируса, однако несколько лекарств смогли остановить инфекцию. Именно эти соединения могут стать в будущем пригодными для лечения человека от COVID-19.
Глава исследовательской группы Шуйбин Чен еще в 2020 году начала использовать мини-органы для изучения разрушительных воздействий коронавируса на организм человека. Тогда ученые вырастили копии легких, кишечника, печени, мозга и других органов, с их помощью удалось узнать, на какие клетки нацелен вирус и скорость его атаки.
Как отмечают ученые, такие мини-органы могут стать отличным дополнением к классическим методам изучения вирусов на клетках, которые совсем не воспроизводят происходящее в организме.
Обычно ученые используют линию клеток Vero которая была получена из эпителия почки африканской зеленой мартышки или раковые клетки человека. Они отлично подходят для изучений вирусов, однако не могут продемонстрировать нормальную противовирусную реакцию здорового человеческого организма. Выращивание мини-органов может решить эту проблему, считают ученые.
По словам иммунолога из Стэнфордского университета в Калифорнии Кэтрин Блиш, многие лекарства, которые, казалось бы, показали хорошие результаты на клетках Vero, плохо работают на органоидах.
Одним из ярких примеров является гидроксихлорохин, который был одним из первых препаратов для лечения COVID-19. Вначале пандемии он был рекомендован Минздравом для лечения коронавирусной инфекции и в России.
Исследования в клетках Vero показали, что он может блокировать вирус. А вот более поздние клинические испытания на органоидах показали обратный результат, поэтому так необходимо научиться выращивать органоиды.
По словам ученых, изучение вирусов с помощью органоидов по-прежнему является новым направлением, однако эта технология имеет потенциал и может значительно ускорить изучение новых патогенов в будущем.
Органоиды – это скопления клеток, которые представляют собой мини-копии органов. Первым их начал использовать голландский ученый Ханс Клеверс.
Он обнаружил стволовые клетки эпителия кишечника, которые постоянно регенерируют. Именно благодаря этой особенности клеток, ученому удалось вырастить миниатюрную копию кишечника.
Органоиды могут имитировать анатомические и функциональные особенности самых разных тканей человека, что позволяет ученым изучать биологические процессы, связанные с заболеваниями, и находить новые стратегии их лечения.
Отмечается, что мини-органы более удобны для проведения лабораторных тестов. Они позволяют ученым выращивать самые разные типы клеток, создавая форму оригинального органа в считанные недели. Однако есть и некоторые ограничения. Чтобы раскрыть весь потенциал технологии, ученые должны оптимизировать производственный процесс – ускорить и удешевить создание тысяч миниатюр органов.
Кроме того, органы в организме не существуют изолированно. Чтобы действительно понять, что происходит в теле человека при различных заболеваниях, нужны более сложные системы, включающие иммунные клетки и клетки кровеносных сосудов.
В идеале исследователи хотят иметь возможность связывать органоиды вместе. Это могло бы показать, как инфекция, которая начинается в легких, влияет на сердце или кишечник.
С помощью органоидов действительно можно изучать различные вирусы, в том числе коронавирус, рассказал «Газете.Ru» вирусолог и руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков, который сам занимается созданием таких мини-органов.
«В целом, все связанное с вирусами, что не касается иммунной системы можно изучать с помощью органоидов. Проникновение вируса, размножение, можно добавлять разные ингибиторы (подавители), смотреть, как они блокируют вирус.
Самое главное, что на органоидах вы можете делать эксперименты, приближенные к тканевой модели, особенно к месту проникновения вируса в организм. Например, коронавирус можно изучить на органоидах легких.
В случае с «омикроном» нужно использовать органоиды верхних дыхательных путей», – объяснил Павел Волчков.
Однако, по его словам, такая модель будет неполноценной, поэтому исследования должны проводиться параллельно с экспериментами на животных. Дело в том, в органоидах нет кровеносных сосудов, лимфатической, а также иммунной системы. Именно это ограничивает исследовательские возможности. Впрочем, по мнению ученого, их помощью все же могут получить много полезной информации о вирусах.
«Поэтому для современной фармацевтики невозможно отказаться от экспериментов на животных. Но вот эта параллельная история с органоидами очень ускоряет процессы изучения вирусов и создание лекарств. Если в обоих случаях, испытывая препарат, вы получили «плюс-плюс», то вы можете быть уверены, что у эффективный препарат, и он с большой вероятностью будет работать на человеке», – объяснил собеседник «Газеты.Ru».
Он также отметил, что пока такие исследования слишком дорогие, поэтому лабораторий, которые занимаются органоидами мало — в том числе и в России.
«Нужно понимать, что это еще не рутинная практика, не простые технологии. Можно просто там по пальцам обеих рук посчитать, сколько таких лабораторий занимаются органоидами в мире, – отметил Волчков.
Кроме органоидов, вирусы можно также изучать на сфероидах. Соучредитель 3D Bioprinting Юсеф Хесуани во время беседы с «Газетой.Ru» отметил, что в их компанию обращались за их созданием для изучения различных вирусов.
«Но эти исследования не были связаны с коронавирусом. Это, скорее касалось стоматита и сезонного вируса гриппа. Однако мы готовили для такого изучения свои сфероиды», – отметил Хесуани.
По его словам, создание органоида подразумевает использование стволовых клеток человека. Сфероиды же – это клетки, собранные в трехмерные структуры и содержащие определенные рецепторы, через которые вирусы могут проникнуть внутрь.
«К сожалению, сравнить органоиды и сфероиды в том смысле, какие результаты они дают при исследовании вирусов, мы не можем, так как не держали технологию в руках, – отметил Хесуани.
По сообщению сайта Газета.ru