Исследователи UCLA, используя модель ткани дыхательных путей, созданную из стволовых клеток человека, определили, как курение сигарет вызывает более серьезную инфекцию SARS-CoV-2, вируса, вызывающего COVID-19, в дыхательных путях легких.
Исследование, проведенное учеными из Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе и опубликованное в Cell Stem Cell, поможет исследователям лучше понять риски COVID-19 для курильщиков и может дать информацию для разработки новых терапевтических стратегий для помогают снизить шансы курильщиков на развитие тяжелых заболеваний.
Курение сигарет является одной из наиболее частых причин заболеваний легких, включая рак легких и хроническую обструктивную болезнь легких, и большинство демографических исследований пациентов с COVID-19 показали, что нынешние курильщики подвержены повышенному риску тяжелой инфекции и смерти. Но причины этого не совсем ясны.
Чтобы помочь понять, как курение влияет на инфекцию SARS-CoV-2 на клеточном и молекулярном уровне, доктор. Бриджит Гомпертс в партнерстве с соавторами Вайтилингараджа Арумугасвами, доцентом молекулярной и медицинской фармакологии, и Катрин Плат, профессором биологической химии, воссоздали, что происходит, когда дыхательные пути курильщика заражены SARS-CoV-2.
Команда использовала платформу, известную как культура интерфейса воздух-жидкость, которая выращивается из стволовых клеток дыхательных путей человека и точно воспроизводит поведение и функции дыхательных путей у людей. Дыхательные пути, которые переносят вдыхаемый из носа и рта воздух в легкие, являются первой линией защиты организма от переносимых по воздуху патогенов, таких как вирусы, бактерии и дым.
"Наша модель воспроизводит верхнюю часть дыхательных путей, в которую вирус попадает в первую очередь," сказал Гомпертс, профессор легочной медицины и член Универсального онкологического центра UCLA Jonsson. "Это часть, которая производит слизь для улавливания вирусов, бактерий и токсинов и содержит клетки с выступами в виде пальцев, которые выбивают эту слизь вверх и наружу из организма."
Культуры интерфейса воздух-жидкость, использованные в исследовании, были выращены из стволовых клеток дыхательных путей, взятых из легких пяти молодых, здоровых, некурящих доноров ткани. Чтобы воспроизвести эффекты курения, исследователи подвергали эти культуры дыхательных путей сигаретному дыму в течение трех минут в день в течение четырех дней.
"Этот тип модели использовался для изучения заболеваний легких более десяти лет и, как было показано, имитирует изменения в дыхательных путях, которые вы могли бы увидеть у человека, который в настоящее время курит," сказал Гомпертс, который также является заместителем председателя по исследованиям детской гематологии-онкологии в Детском институте открытий и инноваций Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Затем группа заразила культуры, подвергшиеся воздействию сигаретного дыма, вместе с идентичными культурами, которые не подвергались воздействию, живым вирусом SARS-CoV-2, и эти две группы сравнили. В моделях, подвергшихся воздействию дыма, исследователи видели в два-три раза больше инфицированных клеток.
Копнув дальше, исследователи определили, что курение привело к более серьезной инфекции SARS-CoV-2, по крайней мере частично, из-за блокирования активности белков-мессенджеров иммунной системы, называемых интерферонами. Интерфероны играют решающую роль в раннем иммунном ответе организма, заставляя инфицированные клетки производить белки для атаки на вирус, вызывая дополнительную поддержку со стороны иммунной системы и предупреждая неинфицированные клетки для подготовки к борьбе с вирусом. Известно, что сигаретный дым снижает реакцию дыхательных путей на интерферон.
"Если вы думаете о дыхательных путях как о высоких стенах, защищающих замок, курение сигарет похоже на создание дыр в этих стенах," Гомпертс сказал. "Курение снижает естественные защитные силы организма, что позволяет вирусу распространяться."