Istraživači sa Univerziteta u Torontu i njegovih partnerskih bolnica kreirali su jedinstveni model srce na čipu koji pomaže da se razotkriju uzroci upale srca izazvane COVID-19 i otkriju strategije za smanjenje njegovog uticaja.
Dok je COVID-19 prvenstveno respiratorna infekcija, kliničari i istraživači su sve svjesniji efekata virusa na druge organe – uključujući srce. Podaci američkih centara za kontrolu i prevenciju bolesti pokazuju da su pacijenti hospitalizovani sa COVID-19 između marta 2020. i januara 2021. imali 15 puta veći rizik od razvoja miokarditisa ili upale srčanog mišića u poređenju sa pacijentima bez COVID-19.
Ali biologija koja stoji iza veze između infekcije SARS-CoV-2 i upale srca ostala je nejasna – delom zato što nije bilo dobrih modela pomoću kojih bi se proučavala upala srca povezana sa infekcijom.
„Konvencionalno, ljudi uzgajaju srčane ćelije u 2D okruženju, a zatim ih izlažu SARS-CoV-2 da vide kako virus oštećuje srce. Ali to se zapravo ne dešava u našem telu“, kaže Rik Lu, dr. diplomirao je na Institutu za biomedicinsko inženjerstvo U of T koji je trenutno postdoktorski istraživač na Farmaceutskom fakultetu Leslie Dan U of T.
Lu je prvi autor nove studije objavljene u Science Advances koja opisuje minijaturni 3D model srce na čipu koji preciznije bilježi uticaj infekcije SARS-CoV-2 i njenog povezanog imunološkog odgovora na srčanu disfunkciju.
Prvi model ove vrste nadovezuje se na prethodni rad koji je vodila Milica Radišić, dr Lu. savetnik, viši naučnik na Univerzitetskoj zdravstvenoj mreži i U of T profesor biomedicinskog inženjerstva. Pristup koristi laboratorijski napravljenu mrežu krvnih sudova okruženih srčanim tkivima izraslim iz matičnih ćelija da bi oponašali pravo ljudsko srce sa svojim spletom sudova koji ulaze i izlaze.
Da bi ispitali efekte COVID-19 na upalu srca, Lu i njegove kolege su prvo morali da prilagode svoj model za rad u Visokoj zatvorenoj ustanovi u Torontu, specijalizovanoj laboratoriji koja omogućava istraživačima da proučavaju visokorizične patogene poput SARS-CoV-2 u siguran i siguran način.
„Ovaj posao jednostavno ne bi bio moguć bez Visoke zatvorene ustanove u Torontu“, kaže Radišić, koji je u Kanadi na katedri za istraživanje organa na čipu.
U laboratoriji sa visokim stepenom zadržavanja, istraživači su dodali živi virus i imune ćelije u krvne sudove i omogućili im da prolaze kroz svoja mini srca na čipu, replicirajući imuni odgovor koji se dešava nakon infekcije SARS-CoV-2. Otkrili su da kombinacija SARS-CoV-2 i imunih ćelija smanjuje sposobnost srca da se kontrahuje i pumpa.
Da bi razumeli zašto, istraživači su se okrenuli mitohondrijama, malim skladištima energije koja pokreću pokrete mišića. Oni su pokazali da je infekcija SARS-CoV-2 dovela do gubitka mitohondrija i oslobađanja mitohondrijalne DNK iz srčanih ćelija u hranljivu supu koja se koristi za uzgoj organoida.
Radeći sa Klaudijom dos Santosom, naučnikom i doktorom kritične nege u Uniti Health Toronto, vanrednim profesorom medicine i Pitts istraživačkom katedrom za akutnu negu i hitnu medicinu na Medicinskom fakultetu U of T Temerti, istraživači su zatim pitali da li je prisustvo slobodno cirkulišućeg mitohondrijalna DNK se takođe vidi kod pacijenata koji imaju srčane komplikacije izazvane COVID-19.
Analizirali su uzorke krvi pacijenata sa i bez COVID-19 i pronašli skoro dva i po puta veći nivo mitohondrijalne DNK kod pacijenata koji su bili pozitivni na COVID-19. Njihovi nalazi ukazuju na nivoe mitohondrijalne DNK kao moćan prediktor rizika kod osobe od srčanih problema nakon infekcije SARS-CoV-2.
Tim je takođe pokazao da nova vrsta ćelijske terapije koja se zove egzosomi – male teretne posude koje ispuštaju ćelije – može da smanji upalu i gubitak mitohondrija, kao i da poboljša funkciju srca, nakon infekcije SARS-CoV-2, naglašavajući njihov potencijal da popraviti oštećenje srca povezano sa COVID-19.
Integracijom krvnih sudova i imunih ćelija, Lu se nada da inovativni model srce na čipu može pomoći istraživačima i kliničarima da razumeju i identifikuju strategije lečenja za druga srčana stanja povezana sa infekcijom.
„Dobra stvar u vezi sa našim sistemom je to što se lako prilagođava bilo kojoj vrsti zarazne bolesti“, kaže Lu. „Druga prednost je ta što se ne moramo toliko oslanjati na životinjske modele. Pošto već koristimo ćelije dobijene od ljudi, klinička prevodljivost je mnogo veća.“
Kao sledeći korak, Radišićeva grupa planira da koristi minijaturne organe kako bi otkrila zašto je veća verovatnoća da će muškarci nego žene imati srčane komplikacije povezane sa COVID-19 i da ispita srčane probleme koji se obično javljaju kod ljudi sa dugotrajnim COVID-19.
Radišić kaže da je motivacija za ovaj rad bila duboko lična. Studiju je posvetila svojoj pokojnoj baki koja je umrla od srčane insuficijencije izazvane COVID-19 nakon šest nedelja na jedinici intenzivne nege.
„Osećaj bespomoćnosti je prilično dubok kada voljena osoba umire“, kaže ona. „Kao naučnici, možemo da idemo malim koracima ka novim lekovima kako druge ljude ne bi zadesila ista sudbina. Za mene je ovaj rad značio prevazilaženje osećaja bespomoćnosti.“
