'mini-pulmones' revelan las primeras etapas de la infección por SARS-CoV-2

Los 'mini pulmones' cultivados a partir de tejido donado a los hospitales de Cambridge han proporcionado a un equipo de científicos de Corea del Sur y el Reino Unido información importante sobre cómo el COVID-19 daña los pulmones. En un artículo publicado en la revista Cell Stem Cell, los investigadores detallan los mecanismos subyacentes a la infección por SARS-CoV-2 y la respuesta inmune innata temprana en los pulmones.

Imagen representativa del organoide alveolar de pulmón humano tridimensional Crédito: Jeonghwan Youk, Taewoo Kim y Seon Pyo Hong

Hasta la fecha, ha habido más de 40 millones de casos de COVID-19 y casi 1,13 millones de muertes en todo el mundo. Los principales tejidos diana del SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19, especialmente en pacientes que desarrollan neumonía, parecen ser los alvéolos: pequeños sacos de aire en los pulmones que absorben el oxígeno que respiramos y lo intercambian con dióxido de carbono al exhalar.


Para comprender mejor cómo el SARS-CoV-2 infecta los pulmones y causa enfermedades, un equipo de científicos del Reino Unido y Corea del Sur recurrió a los organoides, 'mini órganos' cultivados en tres dimensiones para imitar el comportamiento de tejidos y órganos.


El equipo utilizó tejido donado a bancos de tejidos en el Hospital Royal Papworth y el Hospital de Addenbrooke, al Hospital universitario de Cambridge, Reino Unido, y el Hospital de la Universidad Nacional de Seúl para extraer un tipo de célula pulmonar conocida como células alveolares tipo 2 del pulmón humano. Al reprogramar estas células a su etapa anterior de 'células madre', pudieron desarrollar estructuras 3D de tipo alveolar auto organizadas que imitan el comportamiento del tejido pulmonar clave.


El Dr. Joo-Hyeon Lee, coautor principal y líder de grupo en el Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute, en la Universidad de Cambridge, dijo: “Todavía sabemos sorprendentemente poco sobre cómo el SARS-CoV-2 infecta los pulmones y causa enfermedades . Nuestro enfoque nos ha permitido cultivar modelos 3D de tejido pulmonar clave, en cierto sentido, 'mini pulmones', en el laboratorio y estudiar qué sucede cuando se infectan".


El equipo infectó los organoides con una cepa de SARS-CoV-2 extraída de un paciente en Corea del Sur que fue diagnosticado con COVID-19 el 26 de enero de 2020 después de viajar a Wuhan, China. Usando una combinación de imágenes de fluorescencia y análisis genético de una sola célula, pudieron estudiar cómo respondían las células al virus.


Cuando los modelos 3D se expusieron al SARS-CoV-2, el virus comenzó a replicarse rápidamente, alcanzando la infección celular completa solo seis horas después de la infección. La replicación permite que el virus se propague por todo el cuerpo, infectando otras células y tejidos.


Casi al mismo tiempo, las células comenzaron a producir interferones, proteínas que actúan como señales de advertencia para las células vecinas, indicándoles que activen sus defensas antivirales. Después de 48 horas, los interferones desencadenaron la respuesta inmune innata, su primera línea de defensa, y las células comenzaron a luchar contra la infección.


Sesenta horas después de la infección, un subconjunto de células alveolares comenzó a desintegrarse, provocando la muerte celular y daño al tejido pulmonar.


Aunque los investigadores observaron cambios en las células pulmonares dentro de los tres días posteriores a la infección, los síntomas clínicos de COVID-19 rara vez ocurren tan rápido y, a veces, pueden tardar más de diez días en aparecer. El equipo dice que hay varias razones posibles para esto. Pueden pasar varios días desde que el virus se infiltra por primera vez en el tracto respiratorio superior hasta que alcanza los alvéolos. También puede requerir que se infecte una proporción sustancial de células alveolares o interacciones adicionales con las células inmunes que provoquen inflamación antes de que el paciente presente síntomas.


“Basándonos en nuestro modelo, podemos abordar muchas preguntas clave sin respuesta, como comprender la susceptibilidad genética al SARS-CoV-2, evaluar la infectividad relativa de mutantes virales y revelar los procesos de daño del virus en las células alveolares humanas”, dijo el Dr. Young Seok. Ju, coautor principal y profesor asociado en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea. “Lo más importante es que brinda la oportunidad de desarrollar y detectar posibles agentes terapéuticos contra la infección por SARS-CoV-2”.


"Esperamos utilizar nuestra técnica para hacer crecer estos modelos 3D a partir de células de pacientes que son particularmente vulnerables a las infecciones, como los ancianos o las personas con pulmones enfermos, y descubrir qué sucede con sus tejidos", añadió el Dr. Lee.


La investigación fue una colaboración en la que participaron científicos de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, y el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST), el Instituto Nacional de Salud de Corea, el Instituto de Ciencias Básicas (IBS), el Hospital Universitario Nacional de Seúl y GENOME INSIGHT Inc. en Corea del Sur.




 

Mas información: Jeonghwan Youk et al. Three-dimensional human alveolar stem cell culture models reveal infection response to SARS-CoV-2. Cell Stem Cell (2020). DOI: 10.1016/j.stem.2020.10.004

 

Nota original: https://www.cam.ac.uk/research/news/mini-lungs-reveal-early-stages-of-sars-cov-2-infection

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