UCLA tyrėjai sukūrė miniatiūrinius kamieninių ląstelių organoidų modelius žmogaus plaučiams, širdims ir smegenims, norėdami ištirti, kaip hantavirusai-rengti, bet dažnai mirtinus virusus, kuriuos skleidžia graužikai-užfect, neužsikrėtė kūno. Šių metų pradžioje Hantavirusai buvo nukreipti į nacionalinę akiratį, nes mirties priežastis Betsy Arakawa, klasikiniam pianistui ir velionio aktoriaus Gene Hackmanui.
Tyrėjų išvados, paskelbtos PLOS patogenaiparodykite, kaip Andų virusas, vienintelis hantavirusas, žinomas, plintantis iš asmens, užkrečia daugybę audinių. Tyrėjai taip pat nustatė perspektyvius junginius, kurie užblokavo virusą laboratorinių testų metu, teikdami viltį ateityje.
Hantavirusai kelia pasaulinį susirūpinimą nuo šeštojo dešimtmečio, kai Korėjos karo metu jie sukėlė tūkstančius hemoraginio karščiavimo atvejų. Šiandien jie ir toliau sukelia atsitiktinius protrūkius visame pasaulyje, o mirštamumas svyruoja nuo 1% iki 40%, atsižvelgiant į viruso kamieną.
JAV SIN Nombre virusas sukėlė sunkių kvėpavimo takų ligų atvejų, o Senojo pasaulio Hantaan virusas yra žinomas dėl inkstų ligos Azijoje. Mokslininkai ypač nerimauja dėl Andų viruso, rasto Pietų Amerikoje, nes tai yra pirmasis hantavirusas, žinomas tarp žmonių. Naujausios mirties atvejai Naujojoje Meksikoje ir Kalifornijoje pabrėžė nuolatinę šių virusų riziką.
„Hantavirusai kelia rimtą grėsmę visuomenės sveikatai, tačiau mes mažai žinome apie tai, kaip jie puola žmogaus kūną“, – sakė dr. Vaithi Arumugaswami, naujojo tyrimo vyresnysis autorius ir ELI bei Edythe plačiosios regeneracinės medicinos centro ir kamieninių ląstelių tyrimų narys UCLA. „Kurdami žmogaus organoidų sistemas, pagaliau galime pamatyti, kaip šie virusai elgiasi plaučių, širdies ir smegenų audinyje – ir pradėti nustatyti būdus, kaip juos sustabdyti.”
Infekcijos tyrimas organoidais
Mokslininkai remiasi gyvūnų modeliais – paprastai žiurkėnais -, norėdami ištirti, kaip virusinės infekcijos plinta visose organų sistemose. Tačiau dėl ekstremalaus hantavirusų užkrečiamumo kartu su biosaugos 4 lygio sulaikymo poreikiu labai sunku ištirti jų sisteminį poveikį gyvūnams. Norėdami tai įveikti, UCLA vadovaujama komanda naudojo žmogaus kamienines ląsteles, kad augintų organoidus-3D miniorguviečius, kurie imituoja žmogaus audinių struktūrą ir funkciją.
Komanda atskleidė šiuos organoidų modelius į tris hantavirusus, Andų virusą, Hantaano virusą ir SIN Nombre virusą, kad pamatytų, kaip kiekvienas užkrėstas skirtingus organus. Skirtumai buvo ryškūs.
Andų virusas užkrėtė visus patikrintus ląstelių tipus – likusius epitelio ir endotelio ląsteles, kardiomiocitus ir astrocitus -, o Hantaano virusas užkrėtė širdies ir smegenų ląsteles, o Sin Nombre virusas iš esmės liko apsiribojęs plaučių endotelio ląstelėmis.
„Tai yra pirmasis įrodymas, kad Andų virusas gali efektyviai atkartoti žmogaus plaučių organoiduose“,-sakė Arunachalam Ramaiah, naujojo tyrimo autorius. „Tai parodo, koks universalus ir pavojingas gali būti šis virusas”.
Tyrėjai taip pat atrado, kad Andų virusas sutrikdo ląstelių metabolizmą nerimą keliančiais būdais. Plaučių ląstelėse virusas sukėlė uždegimą ir ląstelių sužalojimus, tuo pačiu uždarant cholesterolio ir riebalų perdirbimo kelius. Širdies organoiduose virusas sutrikdė ląstelių struktūrą ir sustabdė širdies ląsteles ritmiškai plakti.
„Virusas perprogramuoja ląstelių metabolizmą, kad palankiai įvertintų savo išgyvenimą“, – sakė Arumugaswami, kuris taip pat yra UCLA molekulinės ir medicinos farmakologijos profesorius. „Šis sutrikimas gali prisidėti prie sunkių pacientų pastebimų plaučių ir širdies pažeidimų.”
Perspektyvūs antivirusinių narkotikų kandidatai
Šiuo metu nėra patvirtintų gydymo būdų ar plačiai prieinamų skiepų hantavirusams. Norėdami pašalinti šią spragą, tyrėjai išbandė potencialių vaistų grupę savo žmogaus ląstelių modelio sistemoje.
Jie nustatė, kad urolithin B – natūralus junginys, randamas tam tikruose vaisiuose ir riešutuose – smarkiai slopino Andų viruso infekciją. Junginys taip pat atkūrė normalų metabolizmą užkrėstose ląstelėse, palikdamas sveikas ląsteles iš esmės nepakitęs. Kitas junginys – antivirusinis vaistas favipiraviras, jau patvirtintas Japonijoje gripo gydymui, taip pat blokavo virusą.
„Du junginiai-urolithin B ir Favipiravir, parodė realų pažadą blokuojant Andų virusą“,-sakė Kalifornijos mokslo ir medicinos universiteto bendraautorius ir medicinos studentas Nikhil Chakravarty. „Tai ankstyvas darbas, tačiau jis nukreipia mus į naujų gydymo būdų galimybę, kur šiuo metu nėra.”
Nors Hantaviruso infekcijos JAV išlieka gana retos, atšilimo temperatūra ir buveinių poslinkiai gali padidinti riziką, nes graužikai siekia pastogės labiau žmonių užimtose vietose.
„Klimato pokyčių poveikis gali priversti žmones dažniau susisiekti su Hantaviruso vežėjais“, – sakė Arjit Vijey Jeyachandran, pirmasis autorius ir bioinformatikos programuotojas Davido Geffeno medicinos mokykloje UCLA. „Tai daro dar svarbiau suprasti, kaip plinta šie virusai, ir kaip mes juos galime sustabdyti.”
Papildomi autoriai yra Joseph Ignatius Irudayam, Swati Dubey, Maria Daskou, Anne Zaiss, Gustavo Garcia Jr. Robertas Damoiseauxas ir Barry Stripas.