Koronavírus SARS-CoV-2 nespôsobuje len infekcie dýchacích ciest. Postihnuté môžu byť aj iné orgánové systémy, ako je nervový systém. V skutočnosti bola mRNA z koronavírusov detegovaná v mozgu pri pitvách pacientov, ktorí zomreli na COVID-19. Pribúdajú aj dôkazy, že koronavírus sa môžu dostať aj do sietnice oka a spôsobiť poškodenie. Nie je však jasné, ktoré štruktúry sietnice sú infikované SARS-CoV-2 a či je poškodenie sietnice priamym alebo nepriamym dôsledkom infekcie v sietnici. Spoločný výskumný tím vedený Thomasom Rauenom a Hansom Schölerom z Inštitútu Maxa Plancka pre molekulárnu biomedicínu a virológom Stephanom Ludwigom z Westfälische Wilhelms-Universität Münster v Nemecku sa teraz rozhodol transplantovať organoidy – orgánový modelový systém – na sietnicu ľudského tela. Preprogramované kmeňové bunky používajú na štúdium infekcie sietnice SARS-CoV-2. V súlade s tým SARS-CoV-2 skutočne infikuje bunky sietnice, najmä gangliové bunky sietnice, ale aj bunky citlivé na svetlo. Vedci navyše ukazujú, že v týchto typoch buniek sa môžu množiť aj koronavírusy. Toto zistenie je nové a podčiarkuje potrebu monitorovať patologické stavy sietnice ako možný dôsledok „dlhého COVIDu“.
Pred tromi rokmi by vedca nenapadlo, že ľudský organoidný model sietnice, ktorý vytvoril Yotam Menuchin-Lasowski v Inštitúte Maxa Plancka v Münsteri, bude použitý pri výskume SARS-CoV-2. V tom čase začal vedec pracovať na modelovom systéme, ktorý je založený na ľudských preprogramovaných kmeňových bunkách, ako súčasť projektu bielej knihy financovaného spoločnosťou Max Planck Society „Brain Organoids: Alternatívy k testovaniu na zvieratách“.
Keď sa v médiách uvádzalo stále viac prípadov neurologických porúch a tiež porúch zraku počas alebo po korónovej infekcii, výskumníkom Inštitútu Maxa Plancka sa zdalo logické použiť organoidy sietnice na vyšetrovanie SARS-CoV-2 v sietnici. Pretože rôzne štúdie o biopsiách sietnice od niekoľkých pacientov, ktorí zomreli na COVID-19, dokázali detekovať vírus v sietnici.
V skutočnosti sa model sietnice a organoidov teraz ukazuje ako relevantná alternatíva k experimentom na zvieratách, pretože infekcie SARS-CoV-2 u ľudí nemožno replikovať alebo len nedostatočne na zvieracích modeloch. Ako uviedol Yotam Menuchin-Lasowski: „Náš organoidný systém sietnice úžasne dobre reprodukuje anatomicky zložitú štruktúru ľudskej sietnice.“
Ľudské iPS bunky sa použili ako východiskový bunkový typ pre organoidy sietnice. Sú to bunky získané z biopsií a preprogramované na umelo indukované kmeňové bunky. Ako dodal Menuchin-Lasowski: „Za štyri až päť mesiacov sa zrelé retinálne organoidy vyvinú z buniek iPS za vhodných kultivačných podmienok, v ktorých sa rôzne typy buniek usporiadajú typickým spôsobom pre sietnicu.“
Zrelé organoidy sietnice boli inkubované s vírusmi SARS-CoV-2 v bezpečnostnom laboratóriu s úrovňou ochrany 3 André Schreiberom a Stephanom Ludwigom z Inštitútu molekulárnej virológie na Univerzite v Münsteri a potom analyzované po špecifikovaných inkubačných časoch. Výskumníci dokázali detekovať SARS-CoV-2 mRNA v organoidoch pomocou kvantitatívnej PCR analýzy, čo naznačuje, že bunky v organoidoch boli skutočne infikované vírusom.
Okrem toho na meranie aktívnych koncentrácií vírusu produkovaných infikovanými organoidmi po rôznych inkubačných časoch vedci použili takzvaný test vírusových plakov. A skutočne: tento test ukázal, že v organoidoch sietnice sa vytvorilo nové potomstvo vírusu.
Ako uviedol Thomas Rauen, ktorý spolu s Hansom Schölerom vedie projektovú skupinu v bielej knihe „Brain Organoids: Alternatívy k testovaniu na zvieratách“: „Toto je prvý dôkaz, že SARS-CoV-2 sa replikuje v ľudských sietnicových bunkách. Náš projekt financovaný z MPG teraz priniesol ovocie.“
Aby vedci zistili, ktoré bunky v organoidoch sietnice sú ovplyvnené, analyzovali organoidy pod fluorescenčným mikroskopom. Pomocou rôznych imunitných markerov pre rôzne typy buniek sietnice a s fluorescenčnou protilátkou proti nukleoproteínu (N-proteínu) SARS-CoV-2 sa ukázalo, že boli infikované hlavne dve bunkové vrstvy organoidov sietnice.
Ako vysvetlil Yotam Menuchin-Lasowski: „Po prvé, veľa buniek zafarbených N-proteínom sa nachádzalo vo vonkajšej jadrovej vrstve organoidov. Toto je bunková vrstva, v ktorej sú umiestnené fotoreceptory – čapíky a tyčinky, ktoré premieňajú prichádzajúce svetlo na nervové impulzy. Niektoré z týchto buniek s proteínom N skutočne vykazovali typický vzhľad buniek vnímajúcich svetlo.“
Ako ďalej dodal Menuchin-Lasowski: „Typ buniek, v ktorých sa nám najčastejšie podarilo detegovať proteín N SARS-CoV-2, sú gangliové bunky sietnice.“ Tieto bunky sú umiestnené v najvnútornejšej vrstve sietnice a prenášajú všetky signály zo sietnice do mozgu cez zrakový nerv.
Je zaujímavé, že mnohé zo symptómov sietnice spojených s COVID-19 súvisia s gangliovými bunkami sietnice, ktoré boli doteraz prevažne spojené so sekundárnymi účinkami iných symptómov ochorenia súvisiacich so SARS-CoV-2, ako napríklad: B. poškodenie krvných ciev alebo zvýšenie očného tlaku.
Ako uviedol Thomas Rauen: „Naša súčasná sietnicová-organoidná štúdia však ukazuje, že infekcia SARS-CoV-2 môže mať priame patologické dôsledky pre gangliové bunky sietnice, aj keď zrakové postihnutie nie je u pacientov s COVID-19 bežné. Naše údaje nám však dávajú dôvod domnievať sa, že takzvané dlhotrvajúce symptómy COVID môžu zahŕňať degeneratívne ochorenia sietnice.“
Hans Schöler, ktorý vedie výskumnú skupinu MPG White Paper ako emeritný spolu s Thomasom Rauenom, na záver dodal: „Toto ukazuje plný potenciál výskumu organoidov: organoidy sietnice sú obzvlášť vhodné na vyšetrovanie patologických stavov sietnice. Prostredníctvom plodnej interdisciplinárnej spolupráce s oddelením Stephana Ludwiga sa nám podarilo získať prehľad o zapojení sietnice do COVID-19 a možno aj Long-COVID.“
Výsledky výskumu boli publikované v odbornom časopise Stem Cell Reports.
Viac informácií:
Zdroj: https://www.mpi-muenster.mpg.de, zverejnené: 6. 4. 2022, autor: rpa
