Cientistas norte-americanos, britânicos e sul-coreanos, em dois estudos separados, desenvolveram em laboratório modelos de "minipulmões" humanos a partir de células-tronco para pesquisar à escala molecular onde exatamente se produz a infecção pelo novo coronavírus SARS-CoV-2 no tecido pulmonar e, posteriormente, testar potenciais medicamentos.
Ambas as pesquisas foram publicadas pela Cell Stem Cell, revista científica especializada no campo das células-tronco.
Primeiros 'minipulmões' 100% humanos
O novo coronavírus danifica os alvéolos, provocando pneumonia e insuficiência respiratória aguda, a principal causa de morte em pacientes com COVID-19. Porém, até agora, os estudos da doença eram limitados pela falta de modelos experimentais que imitassem os tecidos pulmonares humanos.
Uma equipe da Universidade de Duke (EUA), dirigida pelo biólogo celular Purushothama Rao Tata, desenvolveu um modelo que utiliza "organoides pulmonares", também conhecidos como "minipulmões de laboratório".
Os organoides são cultivados a partir de células epiteliais alveolares tipo 2 (AT2), que são as células-tronco responsáveis pela reparação das partes mais profundas dos pulmões, onde o SARS-CoV-2 ataca.
O grupo liderado por este cientista conseguiu criar organoides puramente humanos sem células auxiliares. Estes "minipulmões" vão permitir realizar centenas de experimentos simultâneos para detectar novos candidatos a medicamentos. Além disso, vão permitir identificar as substâncias de autodefesa produzidas pelas células pulmonares em resposta a uma infecção.
"Este é um modelo versátil que nos permite estudar não somente o SARS-CoV-2, mas também qualquer vírus respiratório que atinja estas células, incluindo a influenza", disse Tata.
"Este é um grande avanço neste campo porque [antes] usávamos células que não tinham culturas purificadas", acrescentou Ralph Baric, coautor do artigo e eminente professor de epidemiologia, microbiologia e imunologia na Universidade da Carolina do Norte (EUA).
O estudo demonstrou que o coronavírus se fixa na superfície do receptor ACE2 das células pulmonares, o que provoca a infecção. Logo em seguida, os organoides produzem uma resposta inflamatória mediada por interferões. Os pesquisadores também foram testemunhas da concentração de citocinas de moléculas imunes que os pulmões lançam em resposta ao vírus.
"Se pensava que a concentração de citocinas se devia à grande afluência de células do sistema imunitário, mas podemos ver que também ocorre nas próprias células-tronco", salientou Tata.
O laboratório de Tata descobriu que as células produziram interferões e experimentaram uma morte celular autodestrutiva, tal como demonstraram as amostras de pacientes com COVID-19.
Em certas ocasiões o sinal de suicídio celular se ativava também em células pulmonares vizinhas não infectadas, já que elas lutavam para se adiantar ao vírus. Os pesquisadores também compararam os padrões de atividade genética entre os "minipulmões" e as amostras de seis pacientes graves com COVID-19 e observaram que ambos coincidem com uma "surpreendente semelhança".
"Até agora somente podíamos observar isto em autópsias. Atualmente, temos uma forma de descobrir como energizar as células para lutar contra este vírus mortal", salientou o pesquisador.
Infecção em 6 horas, morte celular em 60
Em outro estudo, cientistas da Universidade de Cambridge (Reino Unido) e várias instituições sul-coreanas utilizaram para sua pesquisa tecido doado para extrair células alveolares tipo 2 (AT2) do pulmão humano. Ao reprogramar estas células para sua etapa anterior de células-tronco, puderam desenvolver estruturas 3D do tipo alveolar auto-organizadas que imitam o comportamento do tecido pulmonar.
A equipe, liderada pelo doutor Joo-Hyeon Lee, infectou os organoides com uma estirpe de SARS-CoV-2, retirada de um paciente da Coreia do Sul, que foi diagnosticado com COVID-19 em janeiro depois de viajar para a cidade chinesa de Wuhan. Através de uma combinação de imagens fluorescentes e análises genéticas de células individuais, puderam estudar como respondiam as células ao vírus.
Quando os modelos 3D foram expostos ao SARS-CoV-2, o vírus começou a se replicar rapidamente, alcançando a infecção celular completa em apenas seis horas após a infecção.
Quase ao mesmo tempo, as células começaram a produzir interferões, proteínas que atuam como sinais de advertência para as células vizinhas indicando que devem ativar suas defesas antivirais. Depois de 48 horas, os interferões desencadearam a resposta imune inata, sua primeira linha de defesa, e as células começaram a lutar contra a infecção.
Após 60 horas da infecção, um subconjuntos de células alveolares começou a se desintegrar, provocando a morte celular e danos ao tecido pulmonar de maneira muito mais rápida que nos pacientes com COVID-19. A equipe salienta que existem várias possíveis razões que explicam esta reação, como, por exemplo, que podem passar vários dias desde que o vírus se infiltra pela primeira vez nas vias respiratórias superiores até que alcance os alvéolos.
"Com base em nosso modelo, podemos abordar muitas perguntas chave sem resposta, como compreender a suscetibilidade genética ao SARS-CoV-2, avaliar a capacidade de infecção relativa de mutantes virais e revelar os processos de danificação nas células alveolares humanas", declarou o doutor Young Seok Ju, coautor principal e professor associado no Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia.
"O mais importante é que nos dá a oportunidade de desenvolver e selecionar possíveis agentes terapêuticos contra a infecção pelo SARS-CoV-2", disse Seok Ju.
"Esperamos utilizar nossa técnica para criar estes modelos 3D a partir de células de pacientes particularmente vulneráveis a infecções, como idosos ou pessoas como doenças pulmonares, e descobrir o que ocorre em seus tecidos", acrescenta Lee.
