ابزار بقای موجود زنده از نخستین همانند سازها تا مغز، از مغز تا ابزارهای بقای ویروس کرونا(قسمت چهل و چهارم)
نقش سلول های بنیادی در پژوهش های ویروس شناسی و تولید واکسن و دارو
سلول های بنیادی با قابلیت تبدیل شدن به انواع سلول های بدن، به عنوان پایه ی بسیاری از پژوهش ها از جمله مطالعات روی نوع خاصی از سلول ها برای بررسی واکنش آنها به عنوان میزبان ویروس، سودمند است. تولید مصنوعی اندام و آلوده کردن آن با ویروس و بررسی های ریز در سطح مولکولی، کمک میکند نحوه ی عملکرد و تاثیر ویروس بر بافت و واکنش بافت به ویروس کاملا شناخته شود.( مطالعات روی بافت مصنوعی تولید شده از سلول های بنیادی، قابل قبول تر از تست عوامل بیماری زا روی انسان است.)
واکسن و دارو سازی مدرن، فقط رونمایی از جعبه واکسن و ماده ی اصلی آن نیست بلکه باید واکسن ها را آزمود و ارتقا داد. آزمودن سودمندی واکسن ها از طریق بررسی آنتی بادی های خنثی کننده، لازم است زیرا ویروس در نزاعی تکاملی با میزبان و واکسن ها دائما جهش میکند و واکسن های قدیمی تاثیر خود را از دست می دهند یا تاثیر آنها کم میشود. آزمودن رفتار داروها و واکسن ها- که میتواند باعث عوارض زیادی روی انسان ها شود- روی اندام های مصنوعی، اخلاقی تر و پذیرفته شده تر است. پیشرفت های فراوان علم امروز، دست انسان را برای دقیق ترین و اخلاقی ترین پژوهش ها در سطح سلولی و مولکولی باز کرده است. در چنین جهانی کاملا مورد انتظار است، از همان ابتدای همه گیری کووید 19، سودمندترین واکسن ها و داروها ساخته شود و نتایج واکسیناسیون وسیع و مفید در برخی کشورها خیلی زود نمایان شود. واکسن سازی سنتی قدیمی روشی طولانی و زمان گیر است. اورگانوئیدها ممکن است کمک کند اهداف مولکولی ممکن برای طراحی واکسن را بشناسیم ولی به تنهایی نمیتواند برای واکسن سازی استفاده شود زیرا سیستم ایمنی میزبان را ندارد.
پیشرفت های علمی و نتایج آن را که در کنترل آمار ابتلا و مرگ و میر کووید19 نمایان است باید قدر نهاد و از آن استفاده کرد.
بررسی عفونت زایی ویروس کرونا و پاسخ های درمانی با ارگانوئیدهای پیچیده(اورگانوئید: ساختارهای سلولی که ازروی سلول های بنیادی ساخته میشود.)
خلاصه: درمان بیماران با عوارض شدید COVID-19، به دلیل نبود داروهای سودمند و شکست در کنترل طبیعت چند جانبه و هتروژن بیماری با روش های سنتی، با چالش مواجه شده است. در این پژوهش، نقش مهم اورگانوئیدهای پیچیده در مطالعه ی عفونت SARS-CoV-2، مدلسازی از پاتولوژی بیماری کووید 19 و تست دارو و ابداع واکسن و آنتی بادی مورد بررسی قرار میگیرد. دراین مقاله چالش های پژوهش بر کووید 19 و چالش های باقیمانده در کاربرد اورگانوئیدها بحث میشود.
مطلب:
عفونت کووید 19 تاکنون باعث مرگ تایید شده ی 3,530,582 نفر در سطح جهانی شده است(البته مقدار مرگ و میر تایید نشده طبیعتا چندین برابر است به خصوص در کشورهای توسعه پیدا نکرده و کشورهای دیگری که از دید امنیتی، آمارها را دستکاری میکنند). واکسن ها برای جلوگیری از عفونت استفاده می شود ولی تا امروز داروی ضد ویروس اختصاصی برای مهار بیماری وجود ندارد.
درمان بالینی بیماران با کووید 19 اساسا بر بهبود علایم، بهبود عملکرد ریه، جلوگیری از افزایش حاد وناگهانی سیتوکین های در گردش خون(جلوگیری از طوفان سیتوکینی) و کنترل عفونت های سوار شده، استوار است. کارآزمایی های بالینی سریعی در حال انجام است تا چرخه ی عفونت SARS-CoV-2 و فرایندهای پاتوفیزیولوژیک مربوطه را مهار کند. با این همه اندکی در مورد زمینه های ژنتیکی بیماران دچار کووید 19 که بر شدت علایم می افزاید می دانیم. به طور مشابه اینکه واکنش های ویروس با گیرنده های میزبان ممکن است بر اساس سن، جنس، و نژاد بیماران تغییر کند، شناخته شده نیست. بنابراین طراحی واکسن های سودمند و داروهای ضد ویروس چالش زا بوده است.
پیشرفت در ارزیابی ها بر اساس اورگانوئید- که از سلول های بنیادی با قابلیت زیاد در انسان (hPSCs)و یا سلول های بنیادی بالغین ASCs به دست می آید- امکان توسعه گونه های مختلف اورگانوئیدها را در پژوهش بیومدیکال میدهد.
بر این اساس کشت دوبعدی سلول و اورگانوئیدهای سه بعدی برای بررسی عفوت کووید 19 استفاده میشود. این مطالعات نشان میدهد لازم است نقش اورگانوئیدهای تولید شده از سلول بنیادی در پژوهش های کووید 19 تعریف شود. در این مطالعه چرخه ی عفونت ویروس کرونا و استراتژی های مداخله ای مربوط به آن، توضیح داده می شود. همچنین ارزیابی های کنونی کووید 19 با تمرکز بر قدرت و محدودیت های احتمالی این روش ها ارزیابی شده است. همچنین نقش انواع سلول های تنفسی و اورگانوئیدهای ریه و دیگر اورگانوئیدها را- که از hPSCs and ASCs به دست می آید- در ارزیابی حساسیت به کووید 19 توضیح میدهد. در نهایت ما سودمندی اورگانوئیدها را در مطالعه ی پاتوفیزیولوژی القا شده به وسیله ی SARS-CoV-2 و نتایج درمانی را آزمایش می کنیم.
چرخه ی عفونت کووید 19 و استراتژی های مداخله ای مربوط
SARS-CoV-2 یک بتاکرونا ویروس با زنجیره ی تک رشته ای RNA مثبت است و احتمالا از کرونا ویروس خفاش تکامل یافته باشد. تنوع ژنومی این ویروس در بیماران با کووید 19 مشاهده شده است. ولی ژنوم محیطی این ویروس تا حدی ثابت است. ژنوم ساختاری SARS-CoV-2 بر مناطق عملکردی پروتئین های ویروس- که از نظر تکاملی حفظ شده اند- اشاره میکند. به علاوه این ویروس چرخه ی عفونی مشابهی با ویروس عامل مرس و دیگر ویروس های خانواده ی سارس دارد.
چرخه ی عفونت SARS-CoV-2
مانند ویروس سارس، این ویروس هم از چندین فرایند هماهنگ برای ورود به سلول میزبان استفاده میکند. چرخه ی عفونت SARS-CoV-2 از ورود به سلول میزبان با ادغام غشایی و اندوسیتوز شروع میشود تا نهایتا ویروس بالغ را آزاد کند. در بیماران کووید 19 چرخه ی عفونت، بار ویروسی را در بافت های ریه، کلیه و روده افزایش میدهد. القا و ترشح ستوکین های سلولی(طوفان سیتوکینی)ممکن است باعث القای طیف وسیعی از پاسخ های التهابی و ایمونولوژیک در این بافت ها شود. طوفان های سیتوکینی معمولا منجر به تخریب آلوئول های ریه، آسیب حاد ریه و کاهش تبادل گاز و نارسایی ریوی و تخریب چند اندام و نهایتا افزایش مرگ و میر میشود.
چرخه ی عفونت، شامل اتصال S-gp به گیرنده ی ACE2 و شکست آن به وسیله ی پروتئاز سلولی میزبان است تا به دو بخش S1 و S2 تبدیل شود و این با پروتئاز سرین، مدیریت میشود. فعالیت S2 باعث ترکیب با غشای سلولی میشود. در داخل سلول میزبان، RNA ترجمه میشود تا پروتئین های غشا و پوشش و نوکلئوکپسید تولید شود.
پاسخ ایمنی از طریق عرضه ی آنتی ژن ویروس به ماکروفاژها باعث ترشح سیتوکین ها میشود. B cells آنتی بادی های خنثی کننده را برای حمایت از ریه تولید میکند؛ همچنین میتواند باعث تخریب ریه ناشی از سیتوکین از طریق افزایش التهاب وابسته به آنتی بادی و تحت مدیریت FcγR شود. درمان ها و واکسن های تولید شده باید بتواند در مسیر ایجاد عفونت، روی واسطه ها تاثیر بگذارد.
استراتژی های درمانی :
هرچند درک ناکاملی از چرخه ی زندگی ویروس وجود دارد فرایندهای شناخته شده در ویروس می تواند به عنوان مداخله های مولکولی، ایمونولوژیک و دارویی مورد استفاده قرار بگیرد. چنین مداخله های بالینی و آزمایشی در این عفونت گزارش شده است.
مهار ورودی ویروس به سلول میزبان میتواند سودمند باشد و از عفونت به طور کلی جلوگیری کند. مهار اتصال (spike glycoprotein (S-gp به گیرنده ی انسانی ACE2 با استفاده از ACE2 مصنوعی(ریکامبینانت) قابل حل انسانی (hrsACE2)باعث کاهش رشد ویروس در میزان تا 1000 تا 500 برابر میشود. البته این مولکول مصنوعی، خاص هر گونه است و مورد تولید شده در موش، در انسان تاثیری ندارد.
Transmembrane serine protease 2 ((TMPRSS2 میتواند به وسیله مهاز کننده ی پروتئاز به نام کاموستات مهار شود. سرم بیماران بهبود یافته از کووید 19 هم میتواند به جلوگیری از ورود ویروس کمک کند.
CR3022 که یک آنتی بادی مهار کننده و جدا شده از بیماران بهبود یافته از کووید 19 است به بخش اتصال به گیرنده ی S-gp متصل میشود.
سازمان غذا و داروی آمریکا FDA ایورمکتین را تایید کرده است. این دارو باعث مهار تکثیر ویروس کرونا در مدل آزمایشگاهی میشود. داروی ضد ویروس رمدیسیویر که یک آنالوگ آدنوزین است همچنین تکثیر ویروس را مهار میکند. این دارو نخستین داروی تایید شده FDA در این بیماری است. با این حال سازمان بهداشت جهانی گزارش کرد این دارو باعث کاهش مرگ و میر و کاهش دوره ی بیماری نمیشود. مهمتر اینکه حدود 20% موارد کووید 19 شدید وابسته به طوفان سیتوکینی است که با مهار ترشح سیتوکین و تشدید پاکسازی سیتوکین در سلول های هدف قابل مهاراست. توسیلیزوماب یک آنتی بادی منوکلونال که باعث مهار اینترلوکین 6 میشود برای درمان طوفان سیتوکینی در بیماران کووید 19 استفاده شده است.
کورتون سیستمیک مرگ و میر 28 روزه ی این بیماران را کاهش داد. ولی در بیمارانی- که نیاز به اکسیژن اضافی نداشتند- بی فایده بود. سازمان های مهم بهداشتی کورتون را در کووید 19 شدید توصیه می کنند. تاثیر دگزامتازون در این بیماران ممکن است مهار عوامل پیش التهابی مانند NF-κB باشد. با این همه، تجربه های بالینی پیشنهاد میدهد طوفان سیتوکینی عامل ایجاد آسیب به بافت ریه و نارسایی چند اندام در کووید 19 است.
عوامل دیگری که بر چرخه ی عفونت تاثیر میگذارد:
چرخه ی عفونت SARS-CoV-2 با ویژگی های بالینی متنوعی در بیماران با کووید 19 همراه است؛ ازجمله ی آنها بیماری حاد ریه و یا علایم خفیف یا شدید در دیگر اندام هاست. برخی بیماران بی علامت و یافته های منفی در سی تی اسکن دارند. این، نشان دهنده ی بار اندک ویروس و پاسخ های ایمونولوژیک و التهابی اندک در ریه هاست.
تقریبا 80% عفونت ها بی علامت یا خفیف هستند؛ 15% بیماری شدید دارند و نیازمند کمک تنفسی و 5% بیماران در شرایط اورژانسی هستند. در این زمان غیر ممکن است بتوان پیشبینی کرد کدام بیمار، جزو این 5% آخر است و نیاز به تنفس کمکی دارد. در کودکان معمولا عفونت به شکل بی علامت است. این عفونت زنان را کمتر درگیر میکند و این به دلیل تاثیر هورمون آندروژن در بالا بردن سطوح گیرنده ی ACE2 است. سطوح بالای آندروژن در ارتباط با خطر بالای عفونت و شدت بیماری در مردان است. سطح بالای مرگ و میر در سیاهان آمریکایی مشاهده میشود هرچند علل اولیه نامشخص و چند جانبه است.
سیگار با تولید بیشتر تظاهر ACE2 باعث تشدید بیماری میشود. تظاهر همزمانmRNA ACE2 و TMPRSS2تا حد زیادی وابسته به سن و جنس بیماران است و در بیماران سیگاری تشدید میشود.
در بیماران کووید 19 سن و جنس در تعیین سودمندی داروها و آنتی بادی های ضد ویروس باید لحاظ شود.
مدل های سنتی بررسی کووید 19 به چند دسته تقسیم میشود روش های بیوشیمیایی، ارزیابی های ویروس زنده و شبه واقعی.
در مطالعه ی اخیر بر مدل های کشت سلولی تاکید میشود.
مدل های کشت سلولی برای ارزیابی کووید از نظر تئوریک برای همه ی فرایندهای سلولی چرخه ی عفونت کووید 19 و ارزیابی های عفونت زایی ویروس و غربالگری دارویی استفاده میشود. در اینجا ما سه سیستم اصلی را در مطالعه ی کووید 19 استفاده کردیم: کشت سلول تک لایه دو بعدی، روش های سازگار شده سطح هوا مایع دو بعدی ALI assays و اورگانوئیدها سه بعدی
کشت تک لایه ی دو بعدی
این کشت ها از نسل های متفاوت سلولی برای ارزیابی ورود ویروس کرونا و تست داروها استفاده میکند.
سلول TMPRSS2-expressingکه ساختار ACE2 مشابه سلول های انسانی دارد خیلی مستعد عفونت کووید 19 است.
ارزیابی های ALI assays: کشت ALI از محیط راه هوایی در طبیعت تقلید میکند و برای ارزیابی بلوغ و ارزیابی عملکردی اپیتلیوم راه هوایی استفاده میشود. ارزیابی های ALI بخش قاعده ای اپیتلیوم را توانمند میکند تا با هوا تماس پیدا کند و به طرف دیگرش این امکان را میدهد با یک غشا با سوراخ های ریز به محیط تمایز، دسترسی پیدا کند. این روش دوبعدی عموما برای ارزیابی ارتباط ها بین پاتولوژی بیماری ریه که از طریق هوا منتقل میشود و حساسیت بیمار به کووید 19 شدید، مناسب است. محدودیت های این روش ناتوانی آن در تولید بافت های پیچیده تر مانند آلوئول هاست.
کشت سه بعدی و اورگانوئیدها
برخلاف کشت دو بعدی، کشت سلولی سه بعدی یک پلاتفورم مصنوعی است که از محیط طبیعی سلول های زنده و بافت ها تقلید میکند. سلول ها معمولا در محیط واسطه ی مناسب یا ماتریکس خارج سلولی در سوسپانسیون ها رشد میکند تا خوشه های سه بعدی تولید کند. ترکیبات ماتریکس خارج سلولی و نیروهای فیزیکی، نقشی حیاتی در تنظیم رفتار سلولی دارند. پروتکل های اورگانوئید جاری، محیط های سه بعدی سلولی را در محیط طبیعی بازآرایی میکند و تظاهرات ژنتیکی و اپی ژنتیک سلول های انسانی را نگه میدارد. و در بیماری های عفونی قابل استفاده است. اورگانوئیدهای سه بعدی میتواند جدا شود و با کشت های دو بعدی ALI سازگار شود تا تمایز جهت دار سلول های بنیادی و پیشساز راه هوایی را به سلول های بالغ تسهیل کند.
اورگانوئیدهای منشاگرفته از سلول های بنیادی با قابلیت تمایز زیاد hiPSCs در پژوهش های سندرم کووید 19
اورگانوئیدها میتواند از hiPSCs و سلول های بنیادی جنینی ESCs ایجاد شود و به عنوان بافت سه بعدی که میتواند در محیط آزمایشگاه خود را بازسازی کند باقی میماند. آنها برای مدلسازی از بیماری ها و تست داروها مفیداست.
مدل سازی از کووید 19
آزمایشات دارای مدرک مثبت، نشان می دهد ویروس این بیماری، اورگانوئیدهای کلیه و عروق خونی انسان را درگیر میکند. و این بیماری با استفاده از ACE2 مصنوعی قابل مهار است. گزارش های بعدی تایید کرد انواع متفاوتی از اورگانوئیدهای منشا گرفته از hPSC شامل اورگانوییدهای ریه، شبکه ی کوروئید، مغز ، قلب و روده میتواند به عنوان مدل های بیماری و مطالعه ی ویروس کووید 19 و غربال داروها استفاده شود. اورگانوییدهای ریه به طور خاص، حساس هستند زیرا سلول های اپیتلیوم راه های هوایی و آلوئول ها هم تاثیرگذار و هم هدف عفونت کووید 19 هستند.
اورگانوئیدهای ریه
ریه ی انسان اندامی پیچیده با سلول های ظریفی است که هوا را به کیسه های هوایی دورتر منتقل میکند. هربخش ریه شامل سلول های اپیتلیوم، سلول های عروقی و سلول های ایمنی است. سلول های اپیتلیوم راه هوایی از hPSCs تولید میشود تا اورگانوئیدهای ریه را تولید کند و تکامل و ایجاد ریه را بازسازی نماید. در ابتدا اندودرم مشخص با activin از روی hPSCs ساخته می شود. بعدا اندودرم جلویی فورگات با مهار BMP4, TGF-β and GSK3β و در حضور FGF4 تشکیل می شود. بعدا با مهار FGF7, ATRA and GSK3β اورگانویدهای پیش ساز ایجاد می شود. در نهایت اورگانوئیدهای پیچیده ی ریه- که دارای ساختار لوله های هوایی سلول های شبیه مزانشیم و پیش سازهای آلوئولی هستند- تشکیل می شود.
کشف داروها:
اورگانوئیدهای آلوئولی منشا گرفته از hPSCs در ارزیابی ها در عفونت با ویروس SARS-CoV-2 و غربالگری تاثیرداروها استفاده شده است. برای نمونه مهار کننده های گیرنده ی آندروژن مانندفیناستراید و دوتاستراید با کم کردن سطوح ACE2 and TMPRSS عفونت زایی ویروس را در اورگانوئیدهای آلوئولی ریه- که از سلول های بنیادی جنینی انسان منشا گرفته است- کم میکند. این اورگانوئید ها برخی داروها مانند imatinib, mycophenolic acid and quinacrine dihydrochloride را در جلوگیری از ورود ویروس موثر تشخیص داده است؛ همچنین ACE2 blocking antibody از ورود ویروس به مدل ارگانوئید، جلوگیری میکند.
با وجود این نتایج امیدبخش ابتدایی، اورگانوئیدها برخی محدودیت ها را دارند. hPSC ها مستعد ناپایداری ژنومی در درازمدت در محیط آزمایشگاه هستند. همچنین تفاوت ها بین پروتکل ها و بین آزمایشگاه ها باعث تفاوت در نتایج آزمایشگاهی میشود و نهایتا تمایز نابالغ اوگانوئیدهای ریه است زیرا شرایط نامناسب کشت، موضوعی حل نشده باقی میماند. اوگرانوئیدهای انسانی معمولا بافت های جنینی غیربالغ را با سرعت تکثیر زیادتر ایجاد میکند. سلول های اپیتلیال از اورگانوئیدهایی که از سلول های بنیادی جنینی ایجاد میشود مارکرهای ابتدایی NKX2.1 and SOX917 را ایجاد می کند.
به طور خلاصه اورگانوئیدها بر اساس پایه ی hPSC در پزشکی و مدلسازی از بیماری ها استفاده می شود. تظاهر ژنهای سازگار به SARS-CoV-2 در اورگانوئید ریه آنها را مدلی ایده آل برای مطالعه عفونت زایی کرده است. با این همه ما توصیه میکنیم نتایجی که از ارگانوئیدهای ناشی از hPSC در مدل های حیوانی ایجاد میشود با اورگانوئیدهای ساخته شده از ASC انسان مقایسه شود.
اورگانوئیدهای ناشی شده از ASC در پژوهش کووید 19
تعریف ASCs در بیان علمی متفاوت است زیرا خصوصیات سلولی متفاوتی دارد که شامل دینامیک سلولی، هتروژنیتی و قابلیت انعطاف است. به علاوه دشوار است بین ASCs و سلول های زایا افتراق داده شود. این مقاله این سلولها را به عنوان سلول های غیر فعال با قابلیت های فراوان معرفی میکند که در سلول های بالغین یافت میشود. آنها می توانند به صورت طولانی خود را بازسازی کنند و با پتانسیل بازسازی خود، سلول های میانی (زایا و پیش ساز) تولید کنند و به سلول های خاص بافت تمایز یابند.
ASCs میتواند از بافت بالغ، جدا شود و در بافت سلولی به طور نامحدود باقی بماند. این سلول ها به عنوان جایگزین مناسب hPSC مطرح هستند که منبع خوبی از سلول های کاملا بالغ را برای تحلیل عملکردی فراهم میکند.
اورگانوئیدهای روده ای و بینی
اورگانوئیدهای روده ای و توده های کره ای بینی از بیوپسی های دهنده، مشتق میشوند و قبلا برای پیشگویی از پاسخ های دارویی در بیماران با فیروز سیستیک استفاده می شدند. سلول های روده ای تمایز یافته، ACE2 and TMPRSS2 را نشان می دهند و مقدار قابل توجهی از اجزای SARS-CoV-2 در سلول های روده ای در اورگانوئیدهای روده ای شناسایی شده است. تحلیل ترجمه ای پاسخ قوی ویروسی را در حضور مقادیر زیادی CXCL10 and CXCL11 mRNAs13 نشان می دهد که بسیاری نزدیک به طوفان سیتوکینی است. این مطالعه از استفاده از اورگانوئیدهای ASC در مطالعه ی آزمایشگاهی پاتوفیزیولوژی SARS-CoV-2 حمایت میکند.
جالب توجه اینکه مخاط بینی همچنین مقادیر زیادی از ACE2 and TMPRSS2109 را نشان میدهد که همراه با بار زیاد اجزای SARS-CoV-2 در حفره ی بینی بیماران دچار کووید 19 است و مخاط بینی، اپیتلیوم خارجی مشابه اپیتلیوم راه هوایی تنفسی فوقانی دارد
اورگانوئیدهای ریه
مدارک، پیشنهاد میدهد هر دوی سلول های شبیه ASC و پیش سازها در اجزای متفاوت ریه حضور دارد. سلول های شبیه ASC و پیش سازها در ریه های انسانی بالغ مشاهده شده است.
اورگانوئیدهای آلوئولی انسانی برای ارزیابی عفونت با ویروس کرونا ساخته شده است. اورگانوئیدهای آلوئولی آلوده شده با SARS-CoV-2 بسیاری از تظاهرات کووید 19 را بازآرایی میکند و اینها شامل ترشح سیتوکین، پاسخ ایمنی، پاسخ اینترفرون، کاهش پروتئین های سرفاکتانت و مرگ سلولی است. ژنهایی که در ارتباط با مرگ سلولی، اتصال سلولی و پروتئین های سورفاکتانت هستند همچنین در موارد عفونی شده با ویروس کرونا زیاد میشود. پیامرسانی التهابی با واسطه ی اینترفرون، پاسخ مشخص به عفونت با ویروس کرونا در این مطالعات است. افزایش پاسخ اینترفرون در ارتباط با سطح پایین تر SARS-CoV-2 است. درمان اورگانوئید آلوئولی با مقدار کم IFN-α and IFN-γ، تکثیر ویروس کرونا را کاهش داد. برعکس مهار اینترفرون باعث تشدید تکثیر ویروس شد.
درمان اورگانوئیدهای آلوئولی با اینترفرون بتا همچنین تظاهر ژن آر ان ای ویروسی را که نوکلئوپروتئین سارس کووی 2 را کدگذاری میکند کاهش داد. این یافته ها پیشنهاد میدهد اینترفرون ها ممکن است به عنوان یک وسیله ی پیشگیری از عفونت در بیماران شدیدا عفونی شده با ویروس به کار برود. مهار دارویی ویروس با مولکول های کوچک قابل توجه است. یک مطالعه نشان میدهد رمدیسیویرتظاهر ژن ان SARS-CoV-2 را سودمندتر از اینترفرون بتا یا هیدروکسی کلروکین در اورگانوئیدهای آلوئولی آلوده شده کاهش میدهد. این در تعارض با یافته های بالینی جدیدی است که بر عدم سودمندی رمدسیویر تاکید دارد. عدم همراهی نتایج از اورگانوئیدهای آلوئولی و کارآزمایی های بالینی باید بیشتر بررسی شود.
به طور خلاصه اورگانوئیدهای ریوی که از ریه های بالغ انسانی منشا می گیرد سلول های اپیتلیوم ریوی با بلوغ کامل درمقایسه با اورگانوئیدهای منشا گرفته از hPSC تولید میکند و برای مطالعات کووید 19 مناسب هستند. ارگانوئیدهای منشا گرفته از ASC یا سلول های زایا قابلیت بازسازی محدودی از خود دارند (کمتر از 5 نسل)
بهبود ترمیم و بازسازی ریه:
اندکی در مورد بازسازی آلوئول ها میدانیم. اورگانوئیدهای ریه نشان میدهد آلوئول های آلوده شده با ویروس مکانیسم های ترمیمی را برای رقابت با آسیب نشان می دهد. و اینها شامل ترشح سیتوکین، مقاومت به آپوپتوز و پیر شدن سلولی است. فرایندهای سلولی مشابه پاسخ های ترمیمی در موش و مدل های آسیب انسانی است. با وجود مکانیسم های ترمیمی درونی، گروهی از افراد که از کووید 19 بهبود یافته اند به درمان نیاز دارند تا عملکرد ریوی از دست رفته و آسیب به سلول های آلوئول را دوباره به دست بیاورند. جایگزین کردن سلول های آلوئولی با Alveolar type II epithelial cells (AECII) ممکن است روشی ممکن برای بهبود عملکرد ریه باشد. امیدبخش اینکه AECII بالغ موش و انسان میتواند به ریه های آسیب دیده ی موش، پیوند شود. پیوندهای مشابه که از سلول های اپیتلیوم ریه منشا گرفته از اورگانوئید استفاده میکند ممکن است برای درمان بیماران کووید 19 با آسیب شدید اپیتلیوم استفاده شود.
ارزیابی های پیچیده ی اورگانوئید
چالش باقیمانده ی مهم در به کار بردن اورگنوئیدها پیچیده نبودن و فقدان واکنش های بین سلولی وسیع در مقایسه با شرایط طبیعی است. اورگانوئیدها از راه های هوایی پیچیده برای مطالعه واکنش های سلولی مربوط به بیماری، میتواند از سلول های اپیتلیال برونشی و فیبروپلاست های ریه با سلول های اندوتلیال میکروواسکولار ایجاد شود.
سلول های اندوتلیال میتواند پس از آسیب حاد پیام هایی را از AECI دریافت کند و ساخت آلوئول را از طریق فاکتورهای پیامی متعددی مانند فاکتورهای آنژیوکرین که از اندوتلیوم منشا گرفته است و فاکتور منشا گرفته از پلاکت، افزایش دهد. سلول های اندوتلیال هم فاکتور رشد اندوتلیال عروقی و هم IL-6 and IL-8 ترشح میکند که همه ی آنها طوفان سیتوکینی را تشدید میکند. به این دلایل، اورگانوئیدهای عروقی ریه باید نگاهی ارزشمند به آسیب ریوی ناشی از ویروس کرونا و ترمیم آن ایجاد کند. این اورگانوئیدهای پرعروق هنوز شاخته نشده است.
چالش دیگر نبود فاکتورهای میزبانی، سلول های ایمنی و پاسخ های التهابی در ارزیابی های اورگانوئیدی موجود است. تاثیر آنتی بادی و دارو که در این مطالعات مشاهده میشود ممکن است در بدن بیمارانی- که شرایط پزشکی همراه دارند مانند بیماران قلبی عروقی یا دیابت و باعث تغییر رفتار سلولی میشود- اینگونه نباشد. اورگانوئیدها باید انواع سلول ها را داشته باشد تا از نزدیک در محیط طبیعی و پیچیدگی عوارض ناشی از التهاب زیاد را در بیماران تقلید کند. علاوه بر ساختارهای سه بعدی، ما اورگانوئیدهای چهار بعدی را پیشنهاد میدهیم. اورگانوئیدهای پنج بعدی فاکتورهای خارجی را به کار میبرد تا پیام های التهابی، ایمنی و محیطی میزبان را همسان سازی کند و اینها در کشت های اورگانوئید کنونی وجود ندارد.
در آینده اورگانوئیدها میتواند نقشی در واکسن سازی داشته باشد. واکسن سازی سنتی قدیمی روشی طولانی و زمان گیر است. اورگانوئیدها ممکن است کمک کند اهداف مولکولی ممکن برای طراحی واکسن را بشناسیم ولی به تنهایی نمیتواند برای واکسن سازی استفاده شود زیرا سیستم ایمنی میزبان را ندارد. ولی ارزیابی ها با اورگانوئیدها ممکن است داده های ارزشمندی را در مورد ارتباط های بین سلولی بین پروتئین های ویروس و گیرنده های میزبان فراهم کند و سودمندی آنتی بادی های خنثی کننده را در افراد واکسینه شده معین کند. از این دیدگاه اورگنوئیدها ممکن است تولید واکسن را درهمه ی مراحل، تسریع کند.
خوشبختانه تولید اورگانوئیدهای تولید شده از سلول های ایمنی شامل سلول های ایمنی بی و تی از hiPSC ساده و امکان پذیر است وجود T cells, B cells and macrophages ها در اورگانوئید ممکن است ارزیابی های واکسن را در آینده بهبود بخشد.
مهم اينكه كنار هم آوردن همه ي انواع سلول ها با محدوديت هاي تكاملي براي بافت معيني در محيط خاصی محدود ميشود.
نكته نهايي:
تفاوت های وراثتي جمعيت های انساني چالش بزرگي را در ارزيابی هاي نتايج درمانی و استعداد فردي به بیماري ها دارد. اورگانوئید منشا گرفته از سلول های بنيادي آن را الگوي مناسبي براي ارزيابی های جاري كرده است. اورگانوئیدهای داراي چند بافت از دهنده ها و بیماران امکان ارزیابی های مولکولی در پاسخ بیمار به درمان ها در کووید 19 شدید را میدهد. ما تصور می کنیم ترکیب ارزیابی های جاری با اورگانوئیدهای پیچیده باعث توسعه ی پژوهش بر کووید 19 و درمان آن می شود و درس های مفیدی برای مطالعه ی دیگر بیماری های ویروسی فراهم میکند.
برخی توضیحات از دکتر سلمان فاطمی
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول
تلفن : 32223328 - 031
