به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، مطالعه‌ای که توسط کازوئو تاکایاما، دانشیار سابق و استاد کنونی مؤسسه علوم توکیو انجام شده است، توان بالقوه ارگانوئیدهای تنفسی مشتق‌شده از سلول‌های بنیادی پرتوان القاشده انسانی (iPS) را به‌عنوان یک مدل مؤثر برای بررسی عفونت‌های ویروس سن‌سیشیال تنفسی (RSV) نشان می‌دهد. این پژوهش در نشریه Life Science Alliance منتشر شده است.

RSV عامل بیماری‌زای اصلی در سیستم تنفسی

RSV یک عامل بیماری‌زای اصلی در سیستم تنفسی است، به‌ویژه در میان کودکان خردسال، و باعث بیماری‌های شدید در بخش تحتانی دستگاه تنفسی می‌شود. مدل‌های فعلی مانند سلول‌های HEp-2 که برای تحقیق روی RSV استفاده می‌شوند، پاسخ‌های پیچیده سیستم تنفسی انسان را به‌طور دقیق شبیه‌سازی نمی‌کنند. عفونت‌های RSV خطر ابتلا به اختلالات تنفسی شدید را به همراه دارند. به همین دلیل، نیاز فوری به توسعه داروهای درمانی و پیشگیرانه بهتر، نه تنها برای آنفولانزا و بیماری کووید-19، بلکه برای عفونت‌های RSV نیز وجود دارد. برای پیشرفت مؤثر تحقیقات دارویی RSV، توسعه مدلی که به طور دقیق پاتوفیزیولوژی عفونت RSV را بازتولید کند، ضروری است.

داروی آئروسل ریباویرین (RSV)

آئروسل ریباویرین قبلاً برای درمان بیماران با بالاترین خطر ابتلا به RSV استفاده می‌شد. با این حال، با توجه به شواهد متناقض در مورد اثربخشی آن ، استفاده محدود و روش تجویز ناخوشایند، نیاز به توسعه داروهای درمانی جدیدتر برای RSV وجود دارد. برعکس، آنتی بادی‌های متعددی به عنوان داروهای پیشگیرانه توسعه یافته‌اند. پالیویزوماب (سیناجیس) از سال ۱۹۹۸ به عنوان یک داروی پیشگیرانه در برابر عفونت‌های RSV در نوزادان استفاده می‌شود و چندین آنتی بادی جدید علیه RSV، مانند نیرسویماب (بیفورتوس)، توسعه یافته‌اند. در حالی که پالیویزوماب نیاز به دوز ماهانه دارد، نیرسویماب نیمه عمر طولانی‌تری نسبت به پالیویزوماب دارد و برای بیش از پنج ماه مؤثر باقی می‌ماند و بنابراین گزینه جذاب‌تری نسبت به پالیویزوماب است. در آینده، برای ادامه توسعه کارآمد داروهای درمانی و پیشگیرانه برای RSV، مدل‌های تنفسی با قابلیت پیش‌بینی بالینی بالا ضروری هستند. هدف این مطالعه ارزیابی ارگانوئیدهای تنفسی مشتق شده از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی انسانی (iPS)، که حاوی سلول‌های اپیتلیال تنفسی، سلول‌های ایمنی، فیبروبلاست‌ها و سلول‌های اندوتلیال عروقی هستند، به عنوان یک مدل بالقوه برای عفونت RSV و حمایت از تحقیقات دارویی بود.

درباره مطالعه

اگرچه مدل‌های مختلفی برای مطالعه عفونت‌های تنفسی ویروسی توسعه داده شده‌اند، اما آرانژی‌های ارگانوئیدی تنفسی انسان در سال‌های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند، زیرا به تجزیه و تحلیل دقیق‌تر پاتوفیزیولوژی و ارزیابی داروهای ضد ویروسی و آنتی بادی‌ها نسبت به خطوط سلولی، اجازه می‌دهند. هدف محققان این بود که کاربرد ارگانوئیدهای تنفسی را که به دلیل وجود انواع مختلفی از سلول‌ها، بیشتر با ساختار واقعی دستگاه تنفسی انسان مطابقت دارند، در درک بهتر پاتوفیزیولوژی RSV و ارزیابی داروهای درمانی و پیشگیرانه بررسی کنند.

تولید ارگانوئیدهای تنفسی مشتق شده از سلول‌های iPS انسانی

در این مطالعه از ارگانوئیدهای تنفسی مشتق شده از سلول‌های iPS انسانی به عنوان مدلی برای بازتولید پاتوفیزیولوژی عفونت‌های RSV استفاده کردیم. ارگانوئیدهای تنفسی نه تنها حاوی سلول‌های اپیتلیال تنفسی هستند، بلکه حاوی ماکروفاژها، فیبروبلاست‌ها و سلول‌های اندوتلیال عروقی نیز می‌باشند، بنابراین امکان بازتولید شرایط پاتولوژیک مانند التهاب را فراهم می‌کنند. به دلیل ساختار راس‌خارجی ارگانوئیدهای تنفسی مورد استفاده، عفونت RSV می‌تواند به سادگی با افزودن ویروس به محیط کشت انجام شود. ما ارگانوئیدهای تنفسی را با زیرگروه RSV-A آلوده کرده و به مدت 4 روز کشت دادیم. سنجش‌های TCID50 در طول زمان پس از عفونت RSV نشان داد که تیترهای ویروسی در روزهای 3 تا 4 پس از عفونت به فلات بالای 105 TCID50/ml رسیدند. تجزیه و تحلیل RNA-seq 4 روز پس از عفونت RSV انجام شد. نمودار Circos نشان می‌دهد که mRNA RSV به شدت در ارگانوئیدهای تنفسی بیان می‌شود. یک سنجش ایمنی مبتنی بر مویرگ نشان داد که پروتئین همجوشی RSV به شدت بیان شده است.تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری نیز وجود ذرات ویروس را در ارگانوئیدهای تنفسی آلوده نشان داد.تجزیه و تحلیل ایمونوفلورسانس نشان داد که عفونت RSV یکپارچگی لایه سلولی مثبت استیل‌شده آلفا-توبولین را مختل می‌کند. این نتایج نشان داد که عفونت کارآمد RSV می‌تواند در ارگانوئیدهای تنفسی انجام شود.

نتایج کسب شده از مطالعه

نتایج نشان داد که ویروس RSV به‌طور مؤثر ارگانوئیدهای تنفسی مشتق از سلول‌های iPS انسانی را آلوده می‌کند و منجر به تکثیر بالا و بیان پروتئین‌های ویروسی می‌شود. ارگانوئیدهای آلوده آسیب به لایه اپیتلیال تنفسی، تجمع کلاژن، و افزایش سطوح سایتوکاین‌های التهابی مانند IL-8 و IFN-γ را نشان دادند. همچنین، پژوهشگران دریافتند که آنتی‌بادی‌های مونوکلونال مانند نیرسویمامب، پالیویزوماب و سایر آنتی‌بادی‌هایی که پروتئین F ویروس RSV را هدف قرار می‌دهند، در مهار تکثیر ویروس بسیار مؤثر هستند. در مقابل، ریباویرین—یک داروی ضدویروسی که پیش‌تر برای درمان RSV استفاده می‌شد—در این مدل کارایی کمی نشان داد. این یافته‌ها بر محدودیت‌های ریباویرین تأکید کرده و نشان می‌دهد که داروها یا آنتی‌بادی‌های جدیدتر ممکن است گزینه‌های بهتری باشند. تیم تحقیقاتی همچنین با استفاده از توالی‌یابی RNA و سایر آزمایش‌ها پاسخ میزبان به عفونت RSV را بررسی کرد. تغییرات ناشی از RSV شامل پاسخ ایمنی ذاتی قوی و فعال‌سازی ژن‌های مرتبط با مسیر سیگنال‌دهی اینترفرون بود.

توانایی ارگانوئیدها در بازسازی پاسخ‌های التهابی و ایمنی

این یافته‌ها توانایی ارگانوئیدها در بازسازی پاسخ‌های التهابی و ایمنی معمول در عفونت RSV در انسان را نشان می‌دهد. همچنین، این ارگانوئیدها امکان تحلیل دقیق تعاملات سلولی و پاسخ‌ها را فراهم کرده و پلتفرمی پیشرفته برای ارزیابی تأثیر درمان‌ها و آنتی‌بادی‌ها بر انواع مختلف سلول‌های دستگاه تنفسی فراهم می‌کنند. این مطالعه اهمیت استفاده از ارگانوئیدهای تنفسی مشتق از سلول‌های iPS انسانی را در مدل‌سازی عفونت RSV برجسته می‌کند. نتایج نشان می‌دهند که این ارگانوئیدها ابزار ارزشمندی برای مطالعه پاتوفیزیولوژی ویروس، آزمایش مداخلات درمانی، و توسعه داروهای مؤثر هستند. علاوه بر این، پژوهش نشان می‌دهد که می‌توان از این مدل‌ها برای ارزیابی اثربخشی واکسن‌ها و سایر درمان‌ها نیز استفاده کرد، چرا که بازتاب دقیق‌تری از محیط تنفسی انسان در مقایسه با مدل‌های سنتی ارائه می‌دهند. همچنین این تحقیق پیشنهاد می‌دهد که اضافه کردن انواع بیشتری از سلول‌های ایمنی، مانند سلول‌های T و نوتروفیل‌ها، می‌تواند توانایی این مدل را در بازسازی پیچیدگی‌های عفونت RSV، به‌ویژه در شرایط التهابی شدید، افزایش دهد.

پایان مطلب/.