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‘Mini-Pulmões’ revelam estágios iniciais da infecção por SARS-CoV-2

Divulgação, KAIST

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KAIST | Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia

Data

quarta-feira, 28 outubro 2020 10:15

Áreas

Biotecnologia. Células-tronco. Medicina. Saúde Pública.

Pesquisadores da Coreia do Sul e do Reino Unido desenvolveram com sucesso modelos em miniatura de estruturas pulmonares críticas, os alvéolos, e os usaram para estudar como o novo coronavírus infecta os pulmões.

Até o momento, houve mais de 40 milhões de casos de COVID-19 e quase 1,13 milhão de mortes em todo o mundo. Os principais tecidos-alvo do SARS-CoV-2, especialmente em pacientes que desenvolvem pneumonia, parecem ser os alvéolos – pequenos sacos de ar nos pulmões que absorvem o oxigênio que respiramos e o trocam por dióxido de carbono.

Para entender melhor como o SARS-CoV-2 infecta os pulmões e causa a doença, uma equipe do professor Dr. Young Seok Ju, da Escola de Graduação em Ciências Médicas e Engenharia do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST), em colaboração com o Instituto de Células Tronco da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, teve foco em organoides – ‘mini-órgãos’ em três dimensões que reproduzem o comportamento de tecidos e órgãos.

A equipe usou tecido doado a bancos de tecido no Hospital Royal Papworth NHS Foundation Trust e Hospital Addenbrooke, no Reino Unido, e no Hospital da Universidade Nacional de Seoul, na Coreia do Sul,  para extrair um tipo de célula pulmonar conhecida como célula alveolar do pulmão humano tipo 2. Ao reprogramar essas células de volta ao estágio anterior de “células-tronco”, elas foram capazes de desenvolver estruturas 3D semelhantes a estruturas alveolares auto-organizadas que imitam o comportamento do tecido pulmonar principal.

“A comunidade de pesquisa agora tem uma nova plataforma poderosa para estudar precisamente como o vírus infecta os pulmões, bem como explorar possíveis tratamentos”, disse o professor Young Ju, coautor da pesquisa.

“Ainda sabemos surpreendentemente pouco sobre como o SARS-CoV-2 infecta os pulmões e causa doenças. Nossa abordagem nos permitiu cultivar modelos 3D de tecido pulmonar importante – em certo sentido, ‘mini-pulmões’ – no laboratório e estudar o que acontece quando eles são infectados”, disse a Dra. Joo-Hyeon Lee, do Instituto de Células Tronco da Universidade de Cambridge e também coautora do estudo.

A equipe infectou os organoides com uma cepa de SARS-CoV-2 retirada de um paciente na Coreia do Sul que foi diagnosticado com COVID-19 em 26 de janeiro após viajar para Wuhan, China. Usando uma combinação de imagens de fluorescência e análise genética de uma única célula, eles puderam estudar como as células responderam ao vírus.

Quando os modelos 3D foram expostos ao SARS-CoV-2, o vírus começou a se replicar rapidamente, atingindo a infecção celular completa apenas seis horas após a infecção. A replicação permite que o vírus se espalhe por todo o corpo, infectando outras células e tecidos.

Ao mesmo tempo, as células começaram a produzir interferons – proteínas que agem como sinais de alerta para as células vizinhas, dizendo-lhes para ativar suas defesas antivirais. Após 48 horas, os interferons desencadearam a resposta imune inata – sua primeira linha de defesa – e as células começaram a lutar contra a infecção.

Sessenta horas após a infecção, um subconjunto de células alveolares começou a se desintegrar, levando à morte celular e danos ao tecido pulmonar.

Embora os pesquisadores tenham observado alterações nas células do pulmão três dias após a infecção, os sintomas clínicos de COVID-19 raramente ocorrem tão rapidamente e às vezes podem demorar mais de dez dias após a exposição para aparecer. A equipe afirma que há várias razões possíveis para isso. Pode levar vários dias desde a primeira infiltração do vírus no trato respiratório superior até chegar aos alvéolos. [Os sintomas clínicos] também podem exigir que uma proporção substancial de células alveolares seja infectada ou que outras interações com células do sistema imunológico resultem em inflamação antes de se manifestarem.

“Com base em nosso modelo, podemos enfrentar muitas questões-chave sem resposta, como compreender a suscetibilidade genética ao SARS-CoV-2, avaliar a infecciosidade relativa de mutantes virais e revelar os processos de dano do vírus nas células alveolares humanas. Mais importante ainda, oferece a oportunidade de desenvolver e rastrear potenciais agentes terapêuticos contra a infecção por SARS-CoV-2”, disse o professor Young Ju.

“Esperamos usar nossa técnica para cultivar esses modelos 3D a partir de células de pacientes que são particularmente vulneráveis ​​à infecção, como idosos ou pessoas com pulmões doentes, e descobrir o que acontece com seus tecidos”, acrescentou a Dra. Joo-Hyeon Lee.

A pesquisa foi uma colaboração envolvendo cientistas do KAIST, da Universidade de Cambridge, do Instituto Nacional de Saúde da Coreia, do Instituto de Ciências Básicas (IBS), do Hospital da Universidade Nacional de Seul e do Genome Insight na Coreia do Sul.

Acesse a notícia completa na página do KAIST (em inglês).

Fonte: Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia (KAIST). Imagem: Divulgação, KAIST.

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