Пандемия вируса COVID-19 унесла жизни 7,1 млн. человек по всему миру и нанесла тяжелый удар по системе здравоохранения. Специалисты непрерывно продолжают работать над изучением механизмов воздействия вируса на человеческий организм и путей его распространения, а также поисками методов противодействия заболеванию.
Группа корейских ученых из Пхоханского университета науки и технологии (POSTECH) и Центра терапевтических исследований инфекционных заболеваний Национального химического исследовательского института (KRICT) совсем недавно совершила прорыв. Их достижения могут заметно повысить эффективность исследований респираторных заболеваний, включая коронавирус.
Работа исследователей заключалась в воссоздании искусственных легких. Модель разработана для изучения инфекций и тестирования препаратов для лечения респираторных заболеваний.
Разработка лекарств в настоящее время занимает 10-15 лет и требует значительной финансовой поддержки. Это связано с существующими исследовательскими платформами, такими как 2D-культуры клеток и исследования на животных. Такие методы не способны точно воспроизвести среду in vivo. Поэтому так важно создание моделей, имитирующих человеческий организм.
Корейские специалисты воссоздали 3D-модель легкого с использованием технологий трехмерной биопечати. В основе технологии лежит использование клеток и биоматериалов для создание реалистичных тканей и органов. Это, в свою очередь, устраняет необходимость в испытаниях на животных.
3D-легкое состоит из 3-х слоев: сосудистого эндотелия, внеклеточного матрикса и эпителия. По структуре и функциям модель схожа с легким человека, в том числе за счет межклеточных соединений и секреции слизи.
Искусственное легкое содержит также высокие уровни белков ACE2 и TMPRSS2, которые служат точками входа для коронавируса в эпителиальный слой. Это делает его более восприимчивым к инфекции, чем стандартные клеточные 2D-культуры, в которых вирус разрушает клетки за 5 дней. Новая модель позволила провести исследование на протяжении 21-го дня. Этого времени достаточно, чтобы изучить повреждения клеток, деградацию барьера под воздействием инфекции, а также иммунный ответ.
Кроме того, учеными воссозданы пути, по которым некоторые препараты от коронавируса достигают инфицированного эпителиального слоя и подавляют активность вируса.
При методе с 2D-культурами препараты вводятся непосредственно в клетки эпителия. С 3D-моделью стало возможным оценивать эффективность лекарств после преодолениями ими тканевого барьера искусственного легкого. Это позволило более точно определять дозировки препаратов и выявлять побочные эффекты.
Исследователи предполагают, что респираторные вирусы, подобные COVID-19, проявятся в следующем десятилетии и важно подготовиться к этому: усовершенствовать методы разработки лекарств.
Результаты исследования были опубликованы в онлайн-издании Biomaterials.
