Investigadores simulan infección por coronavirus usando pulmones humanos y organoides

Investigadores de todo el mundo continúan con sus esfuerzos para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos subyacentes a la infección por COVID-19 y la neumonía y el daño pulmonar ocasionalmente asociados con ella. Como parte de estos esfuerzos, investigadores de Charité, el Instituto de Salud de Berlín en Charité (BIH), el Centro Max Delbrück de Medicina Molecular (MDC), el Instituto Robert Koch y la Freie Universität Berlin han analizado la propagación y la activación inmunitaria. por, virus SARS-CoV-2 dentro de los pulmones humanos. Específicamente, los investigadores se centraron en las células dentro de los alvéolos y los macrófagos alveolares. Estos últimos son células fagocíticas del sistema inmunitario innato que limpian los pulmones al ingerir y eliminar partículas extrañas, incluidos patógenos infecciosos como virus y bacterias.

Dirigido por el Prof. Dr. Andreas Hocke del Departamento de Enfermedades Infecciosas y Medicina Respiratoria de Charité, el equipo de investigadores descubrió que el SARS-CoV-2 infecta a muy pocas de las células epiteliales que recubren la superficie alveolar, lo que significa que causa muy poco daño tisular directo . En este sentido, el virus difiere significativamente de los virus MERS-CoV y de la influenza. Utilizando análisis integrales basados ​​en microscopía espectral, los investigadores también pudieron demostrar que solo muy pocas células epiteliales alveolares poseen receptores ACE2, que el SARS-CoV-2 requiere para ingresar a las células huésped.

«Usando pulmones humanos y organoides pulmonares, modelos de alvéolos humanos desarrollados con células madre recolectadas de tejido pulmonar humano, pudimos demostrar que el SARS-CoV-2 depende directamente de su receptor. Al hacerlo, pudimos excluir otros , receptores alternativos», explica la primera autora del estudio, la Dra. Katja Hönzke del Departamento de Enfermedades Infecciosas y Medicina Respiratoria de Charité.

Cuando grandes cantidades de SARS-CoV-2 llegan a los alvéolos desde el tracto respiratorio superior, no se propagan ampliamente dentro de las células epiteliales de los pulmones, como suele ocurrir en otras infecciones virales graves. En cambio, están sujetos a la ingestión por macrófagos.

«Usando análisis bioinformáticos detallados y muestras de autopsia de COVID-19, observamos que los macrófagos cambian después de ingerir coronavirus», dice el coautor Dr. Benedikt Obermayer-Wasserscheid del BIH. Estos cambios, a su vez, desencadenan una serie de reacciones asociadas con la neumonía. Los macrófagos liberan mensajeros inflamatorios y ocasionalmente pueden desencadenar cascadas inflamatorias graves. Los investigadores también observaron que el virus no se replica dentro de estas células inmunitarias.

Al explicar los hallazgos de los investigadores, el profesor Hocke dice: «Nuestro estudio sugiere que es más probable que la lesión pulmonar grave en COVID-19 se deba a la activación inmune inducida por macrófagos que al daño directo inducido por el virus en los alvéolos. Como tal, hace una contribución importante a nuestra comprensión del progreso de la enfermedad durante la fase inicial de la posible neumonía por COVID-19 y muestra por qué, a diferencia de los coronavirus MERS, la mayoría de los casos de infección por SARS-CoV-2 muestran una gravedad de la enfermedad relativamente moderada».

Por lo tanto, es seguro asumir que, en la mayoría de los casos de infección por SARS-CoV-2, los mecanismos inmunitarios locales dentro de los tejidos pulmonares humanos son efectivos para eliminar el virus y limitar la respuesta inflamatoria. Cuando esto no sucede, algo que puede verse afectado por factores de riesgo individuales, la infección puede, en casos raros, resultar grave e incluso fatal. El Prof. Hocke continúa: «Los modelos de pulmón que utilizamos brindan un excelente ejemplo de cómo las alternativas basadas en células humanas a los modelos animales son particularmente útiles en la investigación de enfermedades zoonóticas. Pudimos hacer esto gracias a nuestra estrecha colaboración con Charité 3R, una instalación dedicada a desarrollar alternativas a la investigación basada en animales».

El estudio fue publicado en el Revista respiratoria europea. La investigación posterior se centrará en modelos organoides derivados de pacientes, que se utilizarán para un estudio más detallado de cómo los factores de riesgo generales, como la edad, el género, la enfermedad concomitante y los diferentes medicamentos, afectan la activación de la respuesta inmunitaria. Este conocimiento puede entonces permitir la identificación de posibles enfoques de tratamiento dirigidos al sistema inmunitario.