O kas, jei mokslininkai galėtų sukurti realų žmogaus plaučių modelį, o ne pilno dydžio, bet išaugusius laboratorijoje iš gyvų ląstelių? Kodėl jie tai darytų? Vido mokslininkai, įsikūrę Saskačevano universitete, tyrinėjo būtent tai, o jų darbas rodo, kad šios mažos 3D struktūros, vadinamos „organoidais“, elgiasi panašiai kaip tikri plaučiai, suteikdami mokslininkams galingą naują būdą ištirti, kaip mus užkrečia virusai.
Organoidai nėra faktiniai pilno dydžio plaučiai, kurie kvėpuoja. Vietoj to, jie yra „mini plaučiai“, maždaug tokio dydžio druskos druskos dydis, gautas iš kamieninių ląstelių ar žmogaus audinių mėginių, kurie gali išaugti į mūsų kūne esančių audinių rūšis. Šios mažos ląstelių klasteriai gali atrodyti ir elgtis panašiai kaip tikri plaučiai, todėl jie tampa galingu mokslo įrankiu.
„Miniatiūrinių plaučių modelių kūrimas leidžia mums ištirti kylančius virusus tokiais būdais, kurie anksčiau nebuvo pagrindiniai“, – teigė dr. Volker Gerdts, VIDO direktorius ir generalinis direktorius. „Šie pasiekimai sustiprina Kanados vaidmenį pasirengusiems pandemijai ir pagreitina vakcinų ir gydymo būdų atradimą.”
Taigi kodėl pirmiausia sukurti organoidus? Atsakymas yra labai susijęs su tuo, kaip virusai, tokie kaip MERS-COV (virusas, sukeliantis Vidurinių Rytų kvėpavimo sindromą) ir SARS-COV-2 (virusas, sukeliantis Covidid-19) užkrečia mūsų kūną.
Paprastai mokslininkai tiria virusus plokščiuose plastikinių indų ląstelių lapuose (vadinamuose „in vitro“). Tačiau žmogaus kūnas nėra plokščias, o plaučiai yra sudėtingi organai, turintys daugybę skirtingų ląstelių tipų; Kai kurie, kurie sugeria deguonį, kai kurie sukuria gleives, o kiti – kaip apsaugos darbuotojai, kovojantys su mikrobais. Plokščias patiekalas negali užfiksuoti tokio sudėtingumo, o tai reiškia, kad mokslininkai gali praleisti svarbią informaciją apie tai, kaip virusai mus puola.
Štai kur įeina 3D mini plaučiai.
Neseniai paskelbtame tyrime, paskelbtame Virologijos žurnalasVido mokslininkai naudojo plaučių organoidus, kuriuos jie pagamino laboratorijoje, norėdami ištirti, kaip MERS-COV ir SARS-COV-2 užkrečia žmogaus plaučius. Tai, ką jie rado, atvėrė akis. Du virusai ne tik išplito atsitiktinai. Jie užkrėtė specifinius plaučių ląstelių tipus. Kai kurios ląstelės buvo ypač pažeidžiamos, o kitos buvo atsparesnės. Šių skirtumų supratimas padeda paaiškinti, kodėl šie virusai verčia žmones ligoti skirtingais būdais.
Pavyzdžiui, MERS-COV jau seniai žinojo, kad sukelia labai sunkią ligą, dažnai su dideliu mirtingumu (apskaičiuota 33%). SARS-COV-2, nors daugeliui mirtina, dažnai sukelia lengvą ar net simptomų infekciją. Tiksliai matydami, kurios plaučių ląstelės užkrečia virusus, mokslininkai gali sudėti, kodėl jų poveikis nėra tas pats.
„Tai labai įdomu, kad plaučių organoidai galėtų padėti patikrinti būsimą antivirusinį gydymą, nustatydami viruso infekcijos vietas“, – teigė dr. Arinjay Banerjee, VIDO mokslininkas. „Įsivaizduokite, kad galėsite išbandyti naują antivirusinį vaistą„ mini plaučiuose “prieš kada nors atiduodamas jį pacientui. Tai leis mokslininkams išsiaiškinti, ar vaistas veikia, kokias ląsteles jis apsaugo, ir net ar yra šalutinis poveikis.”
Tokie tyrimai taip pat galėtų mus paruošti kitai pandemijai. Jei rytoj pasirodys naujas kvėpavimo takų virusas, mokslininkai galėtų auginti mini plaučius laboratorijoje ir greitai sužinoti, kuriomis plaučių dalimis jis nukreiptas, ir išbandyti daugybę vaistų vienu metu, kad nustatytų, kaip geriausiai su juo kovoti. Tai didžiulis žingsnis į priekį.
„Organoidai suteikia mums saugią ir galingą sistemą, skirtą patikrinti, kaip elgiasi nauji virusai, ir kaip potencialus gydymas gali veikti prieš pereinant prie ikiklinikinių tyrimų ar žmonių tyrimų“,-teigė dr. Neeraj Dhar, VIDO mokslininkas. „Ši technologija yra svarbus tiltas tarp laboratorijos ir realaus pasaulio sprendimų.”
Mokslininkai dar nėra 3D spausdinimo pilno dydžio žmogaus plaučiai. Tačiau šios mažos, laboratoriškai užaugintos versijos atveria visiškai naują langą į tai, kaip veikia mūsų kūnas, ir padeda mokslininkams spręsti keletą didžiausių pasaulio sveikatos iššūkių.