Kantung udara paru-paru manusia yang hidup di piring kecil menjanjikan untuk mempercepat penelitian COVID-19 – ScienceDaily

Kantung udara paru-paru manusia yang hidup di piring kecil menjanjikan untuk mempercepat penelitian COVID-19 – ScienceDaily


Sebuah tim peneliti Duke University telah mengembangkan model paru-paru hidup yang dikembangkan di laboratorium yang meniru kantung udara kecil di paru-paru tempat terjadinya infeksi virus corona dan kerusakan paru-paru yang serius. Kemajuan ini memungkinkan mereka untuk menyaksikan pertempuran antara virus korona SARS-CoV-2 dan sel paru-paru pada skala molekuler terbaik.

Virus tersebut merusak kantung udara yang halus seperti balon, yang dikenal sebagai alveoli, yang menyebabkan pneumonia dan gangguan pernapasan akut, penyebab utama kematian pada pasien Covid-19. Tetapi para ilmuwan telah terhambat dalam studi Covid-19 oleh kurangnya model eksperimental yang meniru jaringan paru-paru manusia.

Sekarang, tim yang dipimpin oleh ahli biologi sel Duke Purushothama Rao Tata telah mengembangkan model menggunakan “organoid paru-paru”, yang juga disebut paru-paru mini di dalam piring. Organoid tumbuh dari sel epitel alveolar tipe-2 (AT2) yang merupakan sel induk yang memperbaiki bagian paru-paru terdalam tempat SARS-CoV-2 menyerang.

Penelitian sebelumnya di Duke telah menunjukkan bahwa hanya satu sel AT2, yang diisolasi ke dalam piring kecil, dapat berkembang biak untuk menghasilkan jutaan sel yang berkumpul menjadi organoid seperti balon yang terlihat seperti alveoli. Namun, “sup” tempat sel tumbuh mengandung bahan-bahan kompleks seperti serum dari sapi yang tidak sepenuhnya ditentukan.

Grup Tata mengambil tantangan besar untuk memprediksi dan menguji banyak kombinasi faktor kimiawi murni yang akan melakukan pekerjaan dengan baik, masalah yang membutuhkan kerja sama erat dengan cluster komputasi bersama Duke.

Hasilnya adalah organoid manusia murni tanpa sel pembantu. Paru-paru mini yang tumbuh di dalam sumur kecil akan memungkinkan sains dengan hasil yang tinggi, di mana ratusan eksperimen dapat dijalankan secara bersamaan untuk menyaring calon obat baru atau untuk mengidentifikasi bahan kimia pertahanan diri yang diproduksi oleh sel paru-paru sebagai respons terhadap infeksi.

“Ini adalah sistem model serbaguna yang memungkinkan kami mempelajari tidak hanya SARS-CoV-2, tetapi virus pernapasan apa pun yang menargetkan sel-sel ini, termasuk influenza,” kata Tata. Sebuah makalah yang menggambarkan perkembangan paru-paru mini dan beberapa eksperimen awal dengan infeksi virus corona muncul secara online pada 21 Oktober di jurnal tersebut. Sel induk sel.

Dalam menggunakan paru-paru mini untuk mempelajari infeksi SARS-CoV-2, tim Tata bekerja sama dengan rekan virologi di Duke dan Universitas North Carolina di Chapel Hill. Untuk menangani virus mematikan ini dengan aman, para peneliti menggunakan fasilitas tingkat 3 keamanan hayati yang canggih di Duke dan UNC-CH untuk menginfeksi organoid paru-paru. Para peneliti mengamati aktivitas gen dan sinyal kimiawi yang dihasilkan sel paru-paru setelah infeksi.

“Ini adalah terobosan besar untuk bidang ini karena kami menggunakan sel yang tidak memiliki kultur yang dimurnikan,” kata Ralph Baric, rekan penulis makalah yang merupakan profesor epidemiologi, mikrobiologi dan imunologi terkemuka di UNC dan otoritas dunia. tentang virus corona. Paru-paru mini Duke adalah 100 persen manusia tanpa sel pendukung yang dapat membingungkan temuan. “Ini adalah pekerjaan yang sangat elegan untuk mengetahui bagaimana memurnikan dan menumbuhkan sel AT2 dalam kultur dalam bentuk murni,” kata Baric.

Lab Baric mampu mengubah nukleotida apa pun dari kode genetik virus Covid-19 sesuka hati, sehingga menghasilkan versi bercahaya yang akan mengungkapkan ke mana ia masuk ke paru-paru mini, membenarkan bahwa ia memang berada di permukaan sel ACE2 yang penting. reseptor, menyebabkan infeksi.

Saat terinfeksi virus, organoid terbukti meluncurkan respons inflamasi yang dimediasi oleh interferon. Para peneliti juga menyaksikan badai sitokin dari molekul kekebalan yang diluncurkan paru-paru sebagai respons terhadap virus.

“Tadinya badai sitokin diduga terjadi karena masuknya sel kekebalan dalam jumlah besar, tetapi kita bisa melihat itu juga terjadi di sel induk paru itu sendiri,” kata Tata.

Laboratorium Tata menemukan sel menghasilkan interferon dan mengalami kematian sel yang merusak diri sendiri, seperti yang ditunjukkan oleh sampel dari pasien Covid-19. Sinyal untuk bunuh diri sel kadang-kadang dipicu juga di sel paru-paru tetangga yang tidak terinfeksi, karena sel-sel tersebut berjuang untuk maju dari virus. Para peneliti juga membandingkan pola aktivitas gen antara paru-paru mini dan sampel dari enam pasien Covid-19 yang parah dan menemukan mereka setuju dengan “kesamaan yang mencolok”.

“Kami hanya bisa melihat ini dari otopsi sampai sekarang,” kata Tata. “Sekarang kami memiliki cara untuk mencari cara bagaimana memberi energi pada sel untuk melawan virus mematikan ini.”

Dalam rangkaian percobaan lain, paru-paru mini yang diobati dengan interferon dosis rendah sebelum infeksi mampu memperlambat penyalinan virus. Tetapi menekan aktivitas interferon sebelum infeksi menyebabkan peningkatan replikasi virus.

Tata, yang merupakan bagian dari inisiatif pengobatan regeneratif Duke, Regeneration Next, mengatakan labnya sedang bekerja untuk menumbuhkan paru-paru mini pada pertengahan 2019 dan telah mencapai model kerja tepat saat pandemi virus corona muncul. Dia mengatakan kelompoknya akan bekerja dengan mitra akademis dan industri untuk menggunakan sel-sel ini untuk terapi berbasis sel dan pada akhirnya mencoba menumbuhkan paru-paru lengkap untuk transplantasi.

Baric mengatakan labnya mungkin akan menggunakan paru-paru mini untuk lebih memahami strain baru SARS-CoV-2 yang disebut D614G yang telah menjadi versi dominan virus. Strain ini, yang muncul di Italia, memiliki protein lonjakan yang tampaknya lebih efisien dalam mengenali reseptor ACE2 pada sel paru-paru, membuatnya semakin menular.

Penelitian ini dilakukan dengan dukungan dari Chan Zuckerberg Foundation, US National Institutes of Health (UC6-AI058607, AI132178, AI149644, R00HL127181, R01HL146557, R01HL153375, R21GM1311279, F30HL143911, DK065988), Duke University dan United Therapeutics Corporation.

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Slot Online

Author Image
adminProzen