ابزاری جدید برای مطالعه تاثیر کووید بر سلامت روده

با استفاده از تراشه روده ( حاوی سلول­های زنده بافت طبیعی روده انسان که با بیوپسی نمونه­برداری شده است ) می توان در شرایط آزمایشگاهی عفونت کرونا­ویروس در روده انسان را آزمایش کرد و راه­های درمان آن را کشف کرد.

اکثر افراد با علائم شایع COVID-19 مانند از دست دادن چشایی و بویایی و مشکلات تنفسی آشنا هستند, ولی در 60% از بیماران مبتلا به SARS-CoV-2 علائم گوارشی مانند تهوع, اسهال و دل­درد مشاهده شده است. در عفونت شدید روده سطوح بالایی از پروتئین پذیرنده ACE2 مشاهده می­شود زیرا COVID-19 از این پروتئین برای ورود به سلول استفاده می­کند، ولی بررسی واکنش دقیق بین COVID-19 و بافت روده مشکل است. مدل های حیوانی تقریبا مفید هستند اما نمی­توانند به طور دقیق واکنش بدن انسان به عامل بیماری­زا را همانندسازی کنند و این باعث می­شود فهم محققین از چگونگی اثر کرونا­ویروس بر روده انسان محدود شود.

برای حل کردن این مشکل تیمی از دانشمندان در موسسه بیولوژیکی Wyss در دانشگاه هاروارد و چندین سازمان شریک با Wyss در بوستون از تراشه روده انسان برای مطالعه عفونت کرونا­ویروس و راه­های درمان آن استفاده کردند, تراشه روده انسان برای مطالعه، مناسب­تر از سلول های رشد کرده در ظروف آزمایشگاهی است.

محققین تراشه روده را با ویروس NL63 که عامل سرماخوردگی است آلوده کردند, این ویروس نیز مانند کروناویروس از پروتئین پذیرنده ACE2 برای ورود به سلول ها استفاده می­کند. در مرحله­ی بعد داروهای مختلفی را که برای درمان کروناویروس پیشنهاد شده­اند، بر روی نمونه آزمایش شد و مشاهده کردند که داروی Nafamostat عفونت سلول­های روده را کاهش می­دهد ولی داروی Remdesivir عفونت را کاهش نمی­دهد و به بافت روده آسیب می­رساند. این آزمایش یک روش جدید برای پیش­بینی­های بالینی می­باشد و می­توان از آن برای کشف داروهایی استفاده کرد که می­توانند عفونت­های گوارشی را در سرماخوردگی و آلودگی به کروناویروس درمان کنند. این نتایج در مجله Frontiers در بخش فارماکولوژی توضیح داده­شده­اند.

درمان سمی

اکثر مطالعات آزمایشگاهی کرونا­ویروس بر روی ارگانوئیدها ( سلول­های بافت انسان که در ظروف آزمایشگاهی رشد­ یافته­اند ) انجام شده­است که بسیاری از ویژگی­های بافت­های زنده در اندام انسان را ندارند. تراشه های اندام این مشکل را برطرف می­کنند و شرایط فیزیولوژیک مشابه بدن انسان ایجاد می­کنند. تراشه روده هم­اندازه­ی یک حافظه USB است و از یک پلیمرشفاف و انعطاف­پذیر ساخته شده­است که دو کانال موازی دارد. یکی از این کانال­ها با سلول­های عروق خونی انسان و دیگری با سلول­های پوشش روده انسان در تماس هستند. یک غشای نفوذپذیر بین دو کانال قرار دارد که باعث می­شود مولکول­های پیام­رسان بتوانند بین دو کانال مبادله شوند و مواد از طریق سلول­های روده به سلول­های خون منتقل شوند و عملی مشابه فرآیند هضم صورت گیرد. بافت­های تراشه روده به طور پی­درپی منقبض و منبسط می­شوند تا حرکات طبیعی دستگاه گوارش انسان را همانندسازی کنند.

علاوه بر ACE2، پروتئین غشایی دیگری به نام TMPRSS2 نیز در عفونت کروناویروس نقش دارد. محققان میزان mRNA کدکننده هر پروتئین را که سلول‌های تراشه روده تولید کرده بودند، اندازه­گیری کردند و مشاهده کردند که مقدار آن بیشتر از mRNA های تولیدی توسط ارگانوئیدهای روده است. هم­چنین تراشه روده حاوی انواع سلول­های روده مانند سلول­های بنیادی، سلول­های جامی شکل و سلول­های مسئول جذب در روده می­باشد.

تیم تحقیقاتی در مرحله­ی بعد ویروس کرونا NL63 را وارد کانال حاوی سلول­های بافت روده کرد تا ببیند چه اتفاقی می­افتد. ابتدا تراشه­های روده عفونت را نشان می­دهند به این شکل که سلول­های روده سوراخ­ می­شوند و اتصالات بین آن­ها توسط ویروس دچار مشکل می­شود. برای درمان عفونت محققان نوعی دارو ضدانعقاد خون به نام Nafamostat را که دارای اثر کوتاه مدت است، به کانالی که حاوی سلول­­های عروق خونی بود تزریق کردند و شرایط، مشابه زمانی بود که این تزریق به بدن انسان صورت گیرد. Nafamostat یک مهارکننده­ی پروتئازها می باشد و بر روی دسته­ای از پروتئین­ها که شامل TMPRSS2هستند اثر می­گذارد. این دارو توانست مقدار ویروس موجود در تراشه روده را طی 24 ساعت بعد از عفونت کاهش دهد ولی نتوانست آسیبی که به اتصالات بین سلولی، سلول­های روده وارد شده­است را بهبود بخشد.

سپس تیم تحقیقاتی، مشابه همین آزمایش را با داروی Remdesivir انجام داد. این دارو یک داروی ضدویروس است که مجوز مصرف اضطراری از سازمان غذا و دارو ایالات متحده آمریکا برای درمان کرونا­ویروس را گرفته است. دانشمندان مشاهده کردند که Remdesivir مقدار ویروس در تراشه­ روده را کاهش نمی­دهد و به سلول­های کانال خونی آسیب می­رساند و باعث می­شود که از دیواره­ی کانال جدا شوند, این مشاهدات بسیار تعجب­برانگیز بودند.

یکی از محققین به نام دکتر Girija Goyal که دانشمند ارشد در موسسه Wyss می­باشد گفت: ما از دیدن اثر سمی Remdesivir بر روی بافت عروقی تراشه روده بسیار متعجب شدیم. در گذشته در آزمایش­های بالینی این دارو علائم گوارشی گزارش شده ­بود و آزمایش کنونی علت اصلی این علائم را به ما نشان می­دهد, این آزمایش می­تواند برای بررسی اثربخشی و یا سمیت سایر داروهای مشابه صورت گیرد.

تصویر کامل­تر از سلامت روده انسان

تیم تحقیقاتی بعد از اثبات این مسئله که تراشه روده می­تواند واکنش­های بین ویروس­ها و داروها و روده را با موفقیت مدل­سازی کند، داروهای دیگری را که مصرف خوراکی دارند مانند Toremifene, Nelfinavir,Clofazimine,Fenofibrate  مورد آزمایش قرار دادند. همه­ی این داروها عفونت­های ناشی از کروناویروس و سایر ویروس­ها را برطرف می­کنند، اما از بین آن­ها فقطToremifene  اثر مشابه Nafamosate در کاهش مقدار ویروس NL63 نشان داد.

سیستم ایمنی انسان هم به عوامل بیماری­زا و هم به داروها واکنش نشان می­دهد. به همین دلیل محققین مخلوطی از سلول­های ایمنی به نام سلول­های تک هسته­ای خون محیطی ( PBMCs ) را وارد کانال عروق خونی تراشه روده کردند تا این فرآیند را مشاهده کنند. محققین متوجه شدند که در تراشه­های آلوده به ویروس NL63 نسبت به تراشه­های غیرعفونی، PBMC بیشتری به دیواره رگ خونی متصل می­شود و سلول­های رگ­ خونی آسیب می­بینند. علاوه­براین ویروس NL63 باعث می­شود که تعدادی سایتوکینین التهابی ترشح شود. سایتوکینین التهابی به بدن سیگنال می­دهد تا سلول­های ایمنی در محل عفونت تجمع یابند.

قبل از معرفی تراشه روده و ویروس و PBMCs، دارویNafamosate  ترشح سیتوکینین­ها را کاهش می­داد, اما نمی­توانست آسیب عروق خونی را کاهش دهد و التهاب را به طور کامل سرکوب نمی­کرد ولی تولید نوعی پروتئین به نام lipocalin-2 را افزایش می­داد. این پروتئین می­تواند در پاسخ سلول به عفونت­های کروناویروس نقش داشته باشد.

دکتر Don Ingber نویسنده ارشد و مدیرWyss, استاد بیولوژی در دانشکده پزشکی هاروارد و بیمارستان کودکان بوستون و پرفسور مهندسی زیستی در دانشکده مهندسی هاروارد گفت: این تحقیقات نشان می­دهند که  با استفاده از تراشه روده می­توان واکنش­های پیچیده بین سلول، عوامل بیماری­زا و داروها را بررسی کرد. امیدواریم که با این روش بتوانیم به طور کامل اثرات کرونا­ویروس را کشف کنیم و داروهایی برای مبارزه با همه­گیری این ویروس در آینده به­دست آوریم.

اولین نویسندگان این دستاورد علمی اعضای سابق موسسه Wyss بودند ودر حال حاضر در Quris Technologies و Wuji Cao فعال هستند و عضو فعلی Wyss Seongmin Kim می­باشند. نویسندگان دیگر عبارتند از آرش نظیری پور، سانجی شارما، بن سوئنور، نینا لوگراند، عتیق نورانی، پراناو پرابهالا، مین سان کیم، راشل پرانتیل باون، ملیسا روداس، آماندا جیانگ، لوسی اوسالیوان و گلادنس از موسسه Wyss، سیسلی فادل از موسسه Wyss و مرکز پزشکی Beth Israel Deaconess ،وینسنت میائو، اندرو ناویا، کارلی زیگلر و الکس شالک از دانشگاه هاروارد.

این پژوهش توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (DARPA) با موافقت­نامه همکاری HR0011-20-2-0-040، مؤسسه ملی بهداشت   (UH3-HL141797)، بنیاد بیل و ملیندا گیتس و موسسه Wyss انجام شده­است و نوعی پژوهش مهندسی با الهام از زیست شناسی در دانشگاه هاروارد می­باشد.

خلاصه خبر:

با استفاده از تراشه روده ( حاوی سلول­های زنده بافت طبیعی روده انسان که با بیوپسی نمونه­برداری شده است ) می توان در شرایط آزمایشگاهی عفونت کرونا­ویروس در روده انسان را آزمایش کرد و راه­های درمان آن را کشف کرد. محققین تراشه روده را با ویروس NL63 که عامل سرماخوردگی است آلوده کردند, این ویروس مانند کروناویروس از پروتئین پذیرنده ACE2 برای ورود به سلول ها استفاده می­کند سپس مشاهده کردند که داروی Nafamostat عفونت سلول­های روده را کاهش می­دهد ولی داروی Remdesivir عفونت را کاهش نمی­دهد و به بافت روده آسیب می­رساند, در ادامه تیم تحقیقاتی داروهای دیگری را که مصرف خوراکی دارند مانند Toremifene, Nelfinavir,Clofazimine,Fenofibrate  مورد آزمایش قرار دادند, همه­ی این داروها عفونت­های ناشی از کروناویروس و سایر ویروس­ها را برطرف می­کنند, اما از بین آن­ها فقطToremifene  اثر مشابه Nafamosate در کاهش مقدار ویروس NL63 نشان داد.

منبع

مترجم: سمانه محمدی راد