Virusinfecties onderzoeken in lab
Het nieuwe model kan worden gebruikt om virusinfecties en ziekteprogressie in menselijke longen te onderzoeken in het lab. De resultaten zijn op 11 januari gepubliceerd in The EMBO Journal.
Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS)
Een infectie met SARS-CoV-2, het virus dat verantwoordelijk is voor de huidige pandemie, kan leiden tot de ontwikkeling van acute respiratory distress syndrome (ARDS). Dit syndroom veroorzaakt wijdverspreide ontstekingen in de longen. Om mogelijke behandelingen voor ARDS te ontwikkelen is een onderzoeksmodel nodig waarin virusinfecties en ziekteprogressie in alveolaire cellen bestudeerd kunnen worden. Alveolaire cellen zijn de cellen van de longblaasjes in de longen en zijn verantwoordelijk voor de uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide met het bloed. Onderzoekers van het Hubrecht Instituut en het Erasmus MC hebben in het lab een model ontwikkeld uit menselijk weefsel dat het menselijke bronchio–alveolaire systeem nauwkeurig nabootst. Dit systeem lijkt een cruciale rol te spelen in de progressie van een SARS-CoV-2-infectie naar een longontsteking of zelfs ARDS.
Organoïdetechnologie
Eerder werd al aangetoond dat schade aan de alveolaire cellen bij mensen die geïnfecteerd zijn met COVID-19 – of een ander virus aan de luchtwegen – kan leiden tot ARDS. Bij dit syndroom is er sprake van een ernstige beperking in het zuurstoftransport naar het bloed, wat kan leiden tot een gevaarlijk laag zuurstofgehalte. Ook laten studies zien dat de laag met alveolaire cellen – het alveolaire epitheel – een belangrijke rol speelt in de progressie van COVID-19. Het bleek echter moeilijk om een model te ontwikkelen waarmee in het lab de ziekteprogressie van het virus in de alveolaire cellen van menselijke longen onderzocht kan worden. Hierdoor bleef ons begrip van COVID-19 beperkt.
Organoïden
Het team van onderzoekers heeft dit gat nu opgevuld met behulp van organoïdetechnologie. Organoïden zijn kleine 3D structuren – ongeveer 1 tot 2 mm groot – die worden gekweekt uit stamcellen. Ze bootsen versimpeld de orgaanfunctie na en worden daarom ook wel mini-organen genoemd. Organoïden kunnen de geometrie, cellulaire organisatie en functie van de te bestuderen structuren nabootsen.
Nieuw model om SARS-CoV-2-infecties te onderzoeken
Hetzelfde team van onderzoekers ontwikkelde eerder al een organoïdemodel voor het epitheel van de luchtwegen. Het ontwikkelen een vergelijkbaar model voor het alveolaire epitheel bleek echter een grotere uitdaging; een die de onderzoekers graag aangrepen. Het lukte ze een 2D air interface systeem te ontwikkelen. Dit systeem bestaat een laag stamcellen die in verbinding staat met het groeimedium en een bovenste laag stamcellen dat in contact is met de lucht; zo zijn de alveolaire cellen in de longen ook georganiseerd.
Cellulaire immuunreactie op het virus
De onderzoekers gebruikten het nieuwe model om meerdere celculturen te infecteren met SARS-CoV-2, zodat ze konden bestuderen wat er vervolgens in de geïnfecteerde cellen gebeurde. Ze ontdekten dat er een cellulaire immuunreactie op het virus ontstond in de geïnfecteerde cellen. Toen de celculturen vroeg in de infectie werden behandeld met een antiviraal molecuul – het zogenoemde interferon lambda, werd de vermeerdering van SARS-CoV-2 deeltjes bijna volledig geblokkeerd. Dit toont aan dat, mits goed getimed, interferon lambda een effectieve behandeling tegen het virus zou kunnen vormen. De resultaten laten ook zien dat de celculturen kunnen helpen bij de ontwikkeling van behandelingen tegen ARDS als gevolg van COVID-19.