人类鼻子模型揭示SARS-CoV-2和RSV感染的第一步

研究人员报告了一种多功能的人鼻类器官的开发。

　　

利用模拟人类细胞和病毒之间复杂相互作用的鼻类器官，该团队显示了导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒感染与呼吸道合胞病毒(一种主要的儿科呼吸道病毒)感染之间的关键区别。更好地了解疾病的第一步，并引导潜在的新疗法。

该模型也被证明是一个有用的工具，用于测试治疗方法的有效性，如帕利维单抗，一种FDA批准的单克隆抗体，以防止高危婴儿严重RSV疾病。人类鼻子类器官系统是治疗的临床前评估的一部分，这将有助于加速实验室开发的疗法转移到床边。

通讯作者、贝勒大学分子病毒学、微生物学、儿科、药理学和化学生物学教授Pedro Piedra博士说:“就呼吸道病毒而言，如SARS-CoV-2和RSV，当人们吸入病毒时，感染开始于鼻子。我们开发的人类鼻子类器官提供了进入人类鼻子内部的途径，使我们能够在实验室中研究感染的早期事件，这是我们以前没有过的。我们已经成功地从成人和婴儿身上开发出了人类鼻子的类器官。”

鼻子内侧的上皮细胞，一侧暴露在空气中，另一侧则暴露在血液循环系统中。

“我们的三维类器官系统使用鼻拭子采集的鼻上皮在实验室中复制了这种自然情况，”第一作者Anubama Rajan博士解释说，他是Piedra实验室的博士后助理。“我们在提供气-液间相的组织培养板中培养收获的上皮细胞，上皮细胞的顶部暴露在空气中，底部浸泡在含有营养物质和其他因素的液体中。”

为了研究SARS-CoV-2或RSV与鼻上皮之间的相互作用，研究人员通过将每一种病毒分别放置在培养板的空气侧来模拟自然感染，并研究鼻子类器官上发生的变化。

“我们观察到对SARS-CoV-2和RSV感染的不同反应，”合著者、贝勒大学分子病毒学和微生物学助理教授Vasanthi Avadhanula博士说。“SARS-CoV-2对上皮细胞造成严重损害，没有干扰素反应(一种抗病毒第一防御反应)，粘液分泌极少。与此形成鲜明对比的是，RSV诱导大量粘液分泌和深刻的干扰素反应。”

该团队还使用了RSV感染的人鼻类器官模型来测试帕利维单抗的有效性。在这种情况下，他们将治疗性单克隆抗体放置在充满液体的室中，以更接近于人类的经验，治疗性抗体进入血液循环，并提供呼吸道RSV感染的保护。

“在我们的模型中，帕利维单抗以一种浓度依赖的方式有效地预防了RSV感染，”Avadhanula说。

在这项研究中，该团队首次描述了一种非侵入性、可重复性和可靠的方法来建立人类鼻子类器官，允许长期研究。以前的模型是通过有创肺或鼻活检或支气管肺泡灌洗产生的。皮德拉说:“鼻拭子样本的容易获得，有利于我们在普通成年人和脆弱的儿科人群中采用非侵入性方法。”

使用这种新型的人类鼻子类器官系统的另一个好处是，它可以揭示一个人感染的初始控制是如何发生的，并为一个人比另一个人更容易感染病毒提供了见解。该系统也可用于研究其他呼吸道病毒和潜在的其他致病微生物。

Anubama Rajan, Ashley Morgan Weaver, Gina Marie Aloisio, Joseph Jelinski, Hannah L. Johnson, Susan F. Venable, Trevor McBride, Letisha Aideyan, Felipe-Andrés Piedra, Xunyan Ye, Ernestina Melicoff-Portillo, Malli Rama Kanthi Yerramilli, Xi-Lei Zeng, Michael A. Mancini, Fabio Stossi, Anthony W. Maresso, Shalaka A. Kotkar, Mary K. Estes, Sarah Blutt, Vasanthi Avadhanula, Pedro A. Piedra. The Human Nose Organoid Respiratory Virus Model: an            Ex Vivo            Human Challenge Model To Study Respiratory Syncytial Virus (RSV) and Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) Pathogenesis and Evaluate Therapeutics. mBio, 2022