تراشه روده امکان مطالعه موثر در شرایط آزمایشگاهی عفونت‌های کروناویروس روده انسان و آزمایش درمان‌های بالقوه را فراهم می‌کند –

برای حل این مشکل، تیمی از دانشمندان در مؤسسه مهندسی بیولوژیکی Wyss در دانشگاه هاروارد و چندین سازمان دیگر شریک Wyss در بوستون از یک تراشه روده انسانی که قبلاً در این مؤسسه ساخته شده بود برای مطالعه عفونت کروناویروس و درمان‌های بالقوه در محیطی استفاده کردند که شبیه به آن است. روده انسان موثرتر از سلول های رشد یافته در ظرف است.

آنها تراشه روده را با ویروسی به نام NL63 آلوده کردند که باعث سرماخوردگی می شود و مانند SARS-CoV-2 از گیرنده ACE2 برای ورود به سلول ها استفاده می کند و سپس اثرات داروهای مختلفی را که برای درمان SARS-CoV- پیشنهاد شده است آزمایش کردند. 2 عفونت آنها دریافتند که دارویی به نام nafamostat عفونت را کاهش می دهد در حالی که داروی remdesivir که برای درمان بیماران COVID-19 استفاده می شود، عفونت را کاهش نداده و در واقع به بافت روده آسیب می رساند. این مدل پیش بالینی جدید، که می تواند برای شناسایی داروهایی استفاده شود که می توانند علائم گوارشی مرتبط با سرماخوردگی و عفونت های ویروسی SARS-CoV-2 را در آینده مورد هدف قرار دهند، در شرح داده شده است. مرزها در فارماکولوژی.

درمان سمی

اکثر درونکشتگاهی مطالعات عفونت کروناویروس در ارگانوئیدها (لکه‌های سلول‌های اندام انسان رشد کرده در ظرف) انجام می‌شود که فاقد بسیاری از ویژگی‌های بافت‌های زنده در اندام‌های انسان هستند. تراشه های اندام با ارائه یک محیط فیزیولوژیکی که تماس بافت-بافت و سایر شرایط فیزیکی را که سلول های اندام در بدن انسان تجربه می کنند، بازسازی می کند، این مشکل را برطرف می کند. تراشه روده دستگاهی به اندازه یک حافظه USB است که از یک پلیمر شفاف و انعطاف پذیر ساخته شده است که از طریق آن دو کانال موازی عبور می کند: یکی با سلول های عروق خونی انسان و دیگری با سلول های پوشش روده انسان. یک غشای تراوا بین دو کانال تضمین می کند که سلول ها می توانند پیام رسان های مولکولی را مبادله کنند و مواد می توانند به خون منتقل شوند. از طریق روده، تقلید از هضم بافت های موجود در تراشه روده به طور مداوم کشیده و آزاد می شوند تا حرکات ریتمیک ناشی از انقباضات عضلانی در دستگاه گوارش را بازسازی کنند.

علاوه بر ACE2، پروتئین غشایی دیگری به نام TMPRSS2 نیز در عفونت کروناویروس نقش دارد. محققان میزان mRNA کدکننده هر پروتئین توسط سلول‌های تراشه روده را اندازه‌گیری کردند و دریافتند که هر دو بسیار بیشتر از ارگانوئیدهای روده انسان کشت‌شده بودند. آن‌ها همچنین فهرست‌های تک تک سلول‌های مولکول‌های RNA را تجزیه و تحلیل کردند و تأیید کردند که تراشه روده حاوی انواع سلول‌های موجود در روده انسان، از جمله سلول‌های بنیادی، سلول‌های جام مانند و سلول‌های جاذب روده است.

تیم سپس ویروس کرونا NL63 را به کانالی که با سلول‌های روده پوشانده شده بود وارد کرد و آنچه را که اتفاق افتاد مشاهده کرد. تراشه روده در واقع نشانه‌های عفونت را نشان می‌دهد: لایه سلول‌های روده «نشتی» می‌شود، زیرا اتصالات بین آنها توسط ویروس به خطر می‌افتد. برای تلاش برای درمان عفونت، محققان نافاموستات، یک داروی ضد انعقاد کوتاه اثر را در کانالی که با سلول‌های رگ‌های خونی پوشانده شده بود، تجویز کردند تا شبیه انسان تزریق‌شده دارو شوند. نافاموستات یک مهارکننده شناخته شده پروتئازها، دسته ای از پروتئین ها است که شامل TMPRSS2 می شود. درست است، تجویز nafamostat به طور قابل توجهی مقدار ویروس موجود در تراشه روده را 24 ساعت پس از عفونت کاهش داد، اگرچه یکپارچگی اتصالات بین سلول ها را بازیابی نکرد.

سپس تیم آزمایش مشابهی را با استفاده از رمدسیویر، یک داروی ضد ویروسی که مجوز استفاده اضطراری را از سازمان غذا و داروی ایالات متحده برای استفاده در درمان COVID-19 دریافت کرد، انجام داد. آنها در کمال تعجب دریافتند که رمدسیویر مقدار ویروس را در تراشه روده کاهش نمی دهد و همچنین به سلول های کانال رگ خونی آسیب می رساند و باعث می شود تقریباً به طور کامل از دیواره کانال جدا شوند.

ما شگفت زده شدیم که رمدسیویر چنین سمیت واضحی را برای بافت عروقی در تراشه روده نشان می‌دهد. علائم گوارشی قبلاً در آزمایش‌های بالینی رمدسیویر گزارش شده بود، و این مدل اکنون پنجره‌ای به علل اصلی این علائم به ما می‌دهد. همچنین می‌تواند به ما کمک کنید تا اثربخشی و سمیت سایر داروهای مشابه را بهتر درک کنیم.”

تصویر کامل تر از سلامت روده انسان

تیم تحقیقاتی پس از اثبات اینکه تراشه روده آنها می‌تواند تعاملات بین ویروس‌ها، داروها و روده را با موفقیت مدل‌سازی کند، انواع داروهای دیگری را که به صورت خوراکی مصرف می‌شوند، از جمله تورمیفن، نلفیناویر، کلوفازیمین و فنوفیبرات را آزمایش کردند که همه آنها عفونت را مهار می‌کنند. توسط SARS-CoV-2 و سایر ویروس ها درونکشتگاهی. از میان آن‌ها، تنها تورمیفن اثری مشابه با nafamostat در کاهش بار ویروسی NL63 نشان داد.

زیرا سیستم ایمنی با عوامل بیماری زا و داروها تعامل دارد از طریق در پاسخ التهابی، محققان سپس مخلوطی از سلول‌های ایمنی انسان به نام سلول‌های تک هسته‌ای خون محیطی (PBMCs) را وارد کانال رگ خونی تراشه روده کردند تا این فرآیند را مطالعه کنند. آنها دریافتند که PBMC های بیشتری در تراشه های آلوده به NL63 به دیواره رگ های خونی متصل می شوند تا در تراشه های غیر عفونی و سلول های رگ های خونی آسیب دیده اند. آنها همچنین مشاهده کردند که عفونت NL63 باعث ترشح چندین سیتوکین التهابی می شود که به بدن سیگنال می دهد تا سلول های ایمنی را به محل عفونت جذب کند.

قبل از معرفی تراشه روده با nafamostat قبل از معرفی ویروس و PBMCs ترشح برخی از سیتوکین ها را کاهش داد، اما آسیب عروق خونی را کاهش نداد و پاسخ التهابی را به طور کامل سرکوب نکرد. با این حال، پیش درمان با نافاموستات، تولید پروتئین ضد میکروبی به نام لیپوکالین-2 را افزایش داد، به این معنی که این نوع پروتئین می‌تواند در پاسخ سلولی به عفونت‌های کروناویروس نقش داشته باشد.

“این مطالعه نشان می دهد که می توانیم با استفاده از تراشه روده خود به عنوان یک مدل پیش بالینی، تعاملات پیچیده بین سلول ها، پاتوژن ها و داروها را در روده انسان کشف کنیم. امیدواریم در تلاش های مداوم برای درک بهتر اثرات SARS-CoV-2 مفید باشد. و برای شناسایی داروهایی که می‌توانند برای مبارزه با همه‌گیری‌های ویروسی آینده مورد استفاده قرار گیرند، می‌گوید. جودا فولکمن استاد زیست شناسی عروقی در دانشکده پزشکی هاروارد و بیمارستان کودکان بوستون، و استاد مهندسی زیستی در دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان A. Paulson.

اولین نویسندگان مقاله، اعضای سابق Wyss Amir Bein (در حال حاضر در Quris Technologies) و Wuji Cao (در حال حاضر در ETH Zürich) و عضو فعلی Wyss Seongmin Kim هستند. نویسندگان دیگر عبارتند از آرش نظیری پور، سانجی شارما، بن سوئنور، نینا لوگراند، عتیق نورانی، پراناو پرابهالا، مین سان کیم، راشل پرانتیل باون (در حال حاضر در درمان بین کهکشانی)، ملیسا روداس، آماندا جیانگ، لوسی اوسالیوان و گلادنس. از موسسه Wyss؛ سیسلی فادل از موسسه Wyss و مرکز پزشکی Beth Israel Deaconess. وینسنت میائو، اندرو ناویا، کارلی زیگلر و الکس شالک از دانشگاه هاروارد و MIT. و José Ordovas Montañes از دانشگاه هاروارد، MIT و بیمارستان کودکان بوستون.

این تحقیق توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) تحت موافقتنامه همکاری HR0011-20-2-0-040، مؤسسه ملی بهداشت (UH3-HL141797)، بنیاد بیل و ملیندا گیتس، و مؤسسه Wyss برای الهام‌گرفتن از بیولوژیک پشتیبانی شده است. مهندسی در دانشگاه هاروارد