據(jù)麥姆斯咨詢報道,近日,多倫多大學(xué)(University of Toronto,U of T)的一個工程研究小組通過新型器官芯片(organ-on-a-chip)平臺發(fā)現(xiàn)了一種分子,具有治療由COVID-19(新型冠狀病毒肺炎)感染引起的嚴(yán)重的免疫反應(yīng)的潛力。
該分子是一種名為QHREDGS新型抗炎衍生肽。它不會直接作用于病毒,但會防止發(fā)生潛在的危及生命的免疫反應(yīng)——細(xì)胞因子風(fēng)暴。
據(jù)了解,細(xì)胞因子風(fēng)暴出現(xiàn)在部分COVID-19和一些其它疾病的患者中。當(dāng)人體在血液中釋放大量被稱為細(xì)胞因子的信號蛋白時,就會引起細(xì)胞因子風(fēng)暴。過多的細(xì)胞因子會使免疫系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),進(jìn)而引發(fā)血管并發(fā)癥、多器官衰竭,甚至死亡。
COVID-19大流行期間,臨床醫(yī)生面臨的最大挑戰(zhàn)之一是了解為什么一些感染了SARS-CoV-2 (新型冠狀病毒)的人會經(jīng)歷細(xì)胞因子風(fēng)暴,而另一些感染者則不會。
由Milica Radisic教授(生物工程專業(yè)(BME)和化學(xué)工程專業(yè)(ChemE))領(lǐng)導(dǎo)的多倫多大學(xué)流體技術(shù)研究與應(yīng)用工程中心(Engineering’s Centre for Research and Applications in Fluidic Technologies,CRAFT)的研究人員,憑借他們在器官芯片技術(shù)方面的專業(yè)知識,正在進(jìn)行上述問題的研究工作。
“基于人體細(xì)胞的器官芯片系統(tǒng)具有獨特的優(yōu)勢,它使我們能夠通過簡化系統(tǒng)和有策略地引入各種類型的免疫細(xì)胞來更好地了解生物反應(yīng),從而剖析其復(fù)雜的過程。”Radisic表示。
Radisic和她的團(tuán)隊是體外培養(yǎng)功能性心臟組織的專家。這類可實驗室培養(yǎng)的組織使研究人員能夠?qū)膊∵M(jìn)行建模,并了解心臟組織中的基因突變導(dǎo)致心力衰竭的過程。
“在COVID-19大流行期間,我們再次利用了心臟組織平臺,以了解SARS-CoV-2如何導(dǎo)致血管功能障礙。”Rick Lu(生物工程博士候選人)說道。
近期,該項研究成果發(fā)表在《芯片實驗室》(Lab on a Chip)雜志上,Rick Lu和他的研究伙伴在論文中展示了他們是如何使用“評估動態(tài)事件的集成脈管系統(tǒng)(InVADE)”的特定組織模型平臺進(jìn)行SARS-CoV-2的感染研究,這項研究得到了多倫多大學(xué)康諾特基金(Connaught Fund)、多倫多創(chuàng)新加速合作伙伴(Toronto Innovation Acceleration Partners)和多倫多大學(xué)捐助者的支持。
利用InVADE平臺,研究人員利用SARS-CoV-2感染了一個基于微納制造技術(shù)的可灌注血管芯片,以了解該病毒如何引發(fā)炎癥和血管功能障礙。
他們還篩選了5種此前已被臨床醫(yī)生測試過的具有抗炎特性的化合物,來確定其中是否有預(yù)防細(xì)胞因子風(fēng)暴潛力的化合物。
QHREDGS是一種先前已被發(fā)現(xiàn)可改善心肌細(xì)胞代謝和增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞存活率的衍生肽。在這項研究中,Rick Lu發(fā)現(xiàn)它可以增強(qiáng)血管功能,并修復(fù)SARS-CoV-2對人體造成的不良影響。例如,與沒有QHREDGS的內(nèi)皮細(xì)胞相比,含有QHREDGS的被稱為內(nèi)皮屏障的內(nèi)皮細(xì)胞,其血管結(jié)構(gòu)功能提高了62%,而引起細(xì)胞因子風(fēng)暴的分子分泌卻極大地減少了。
“血管功能障礙會導(dǎo)致SARS-CoV-2擴(kuò)散到人體器官,如心臟、肝臟和腸道等。”Rick Lu說,“我們希望通過改善血管功能和減少體內(nèi)炎癥,預(yù)防COVID-19患者出現(xiàn)器官衰竭。”
血管芯片模型用于研究冠狀病毒引起的血管功能障礙,找到針對SARS-CoV-2感染的潛在治療方案(來源:CRAFT)
在Radisic的實驗室,InVADE平臺被用于許多其它研究,包括研究“為什么在心臟中很少發(fā)現(xiàn)癌癥”。Rick Lu和他的同事們還通過血管芯片系統(tǒng),來更好地了解COVID-19患者以及一些接種了COVID-19疫苗的群體出現(xiàn)心肌炎的原因。
該科研團(tuán)隊目前正在與多倫多的臨床醫(yī)生和研究人員合作,尋找與心肌炎相關(guān)的獨特的生物分子標(biāo)志物。
“目前,我們正在利用一些先天免疫系統(tǒng),如外周血單核細(xì)胞(PBMC)和中性粒細(xì)胞,來觀察這些免疫細(xì)胞如何與心臟組織相互作用,以了解它們?nèi)绾斡绊懶呐K組織功能。”Rick Lu說,“我們對此感到非常激動,因為我們不僅能夠識別與心肌炎相關(guān)的一些分子的來源途徑,而且還希望找到潛在的治療方案來逆轉(zhuǎn)心臟中的這種炎癥造成的損傷。”
Radisic希望這類器官芯片系統(tǒng)可使研究人員能夠預(yù)測并更好地應(yīng)對未來的公共衛(wèi)生事件。
“除了消除利用活體動物的研究,以及保證臨床研究參與者的安全之外,器官芯片的小尺寸還使我們能夠高效地使用試劑,并通過將實驗所需的病毒數(shù)量降至最低來保證安全性。”Radisic說,“這項器官芯片技術(shù)可以快速、高效地研究新出現(xiàn)的病原體,以及其感染和損害人體各器官功能的風(fēng)險程度。”
論文鏈接:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/lc/d1lc00817j
審核編輯 :李倩
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原文標(biāo)題:器官芯片助力開發(fā)COVID-19并發(fā)癥治療新方案
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