JMT日本医疗——日本确定新型冠状病毒感染导致血管损伤的原因，并通过生物模拟系统再现

点击量：3678   日期：2024-02-19 11:24    编辑：JMT日本医疗

2024年1 月 24 日，日本京都大学宣布已开发出一种生物仿真系统（微物理系统：MPS），可再现具有三维结构的支气管和血管组织，并发现感染新型冠状病毒后释放的干扰素分子会影响血管结构 研究人员宣布，他们发现感染新型冠状病毒后释放的干扰素分子会影响血管结构。 这项研究是由该大学工学研究科的横川隆教授和藤本和也助理教授、iPS细胞研究所的高山和男讲师、医学研究科的长尾美纪教授和顺天堂大学的冈本彻教授领导的研究小组进行的。 研究成果在线发表于《芯片实验室》（Lab on a Chip）。

 

COVID-19 是由新型冠状病毒（SARS-CoV-2）（一种冠状病毒）感染引起的，会导致包括呼吸道症状在内的多种症状。 特别是，许多与血管有关的症状，如血管炎症都有报道，研究表明，血管结构和功能的损害与疾病的严重程度相关。 虽然病毒直接感染血管内皮细胞和对病毒感染的过度免疫反应被认为是血管损伤的可能原因，但要在体外再现多个器官之间的这种相互作用一直很困难。

 

研究人员利用微流体设备​，构建了支气管和血管网络的三维共培养系统，重点研究了生物仿生系统。

 

近年来，利用微流体设备再现生物功能的 MPS 研发取得了显著进展。 利用 MPS 对新型冠状病毒感染对呼吸道和血管的影响的研究也有报道，但将呼吸道细胞和血管内皮细胞共培养在多孔膜上下的二维细胞排列方式无法实现三维结构。

 

研究小组建立了一种方法，在多层微流体装置内创建血管床，并在其上培养支气管器官组织。 这种细胞排列方式可将 SARS-CoV-2 选择性地引入支气管上皮细胞和血管内皮细胞，从而评估每个器官的感染情况及其对其他器官的影响。

 

在感染的第 4 天，血管结构受到破坏，病毒扩散到血管网络中，破坏细胞骨架，导致血管失去连接。

 

结果显示，在支气管上皮细胞中检测到了病毒，而血管内皮细胞的感染仍处于低水平。 此外，病毒 mRNA 在加入病毒后的第 3 天才在血管网络的培养液中检测到，但从第 4 天开始就能检测到了。 这可能是由于第 4 天血管结构受到破坏，使得生长在支气管上皮细胞中的病毒扩散并迁移到血管网络的培养液中。 对受感染细胞基因表达的全面测量还显示，受感染细胞中与先天性免疫反应有关的基因表达量大增。 感染实验后，血管网络结构缩小，血管之间的连接消失。 此外，构成血管网络的内皮细胞也丢失了，正常血管中排列整齐的细胞骨架秩序也被打乱。

 

I 型干扰素抑制剂可抑制对血管网络结构的影响

 

根据实验结果，假设受感染的支气管上皮细胞分泌的 I 型干扰素相关分子会对血管网络造成破坏，并在感染实验中加入了抑制剂。 结果显示，支气管上皮细胞仍然受到感染，但对血管网络结构的影响被抑制。

 

研究人员还使用使用 CRISPR-Cas9 进行了基因组编辑并缺乏 I 型干扰素之一 IFNB1 基因的支气管上皮细胞和缺乏干扰素受体 IFNRA2 基因的血管内皮细胞进行了类似的实验，结果表明两者的血管效应都被抑制了。血管效应被抑制。这些发现表明，在先天性免疫反应中发挥重要作用的 I 型干扰素会影响三维血管结构的健康。

 

这是未来研究传染性疾病的一种很有前景的方法

 

通过单一类型培养细胞的感染实验很难再现病毒感染对人体的影响，因此必须在体外共存由多种细胞组成的组织，并评估它们之间的相互影响。本研究中建立的三维组织共培养和病毒感染实验及其评估方法，有望成为进一步了解 COVID-19 发病机理以及研究未来有望出现的新发和再发传染病的有效方法。该研究小组表示，他们计划今后还将开发包括免疫细胞在内的模型以及支气管和血管以外的其他组织的三维共培养模型。

 

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