在最近一項(xiàng)研究中，EPFL的科學(xué)家正在開發(fā)一項(xiàng)技術(shù)更好地了解冠狀病毒如何導(dǎo)致某些患者的血凝塊。他們開發(fā)了一種簡(jiǎn)化的肺部模型，可以讓他們首次觀察到病毒如何攻擊位于血管內(nèi)的細(xì)胞。

盡管確切的發(fā)病率仍不清楚，但COVID-19有時(shí)會(huì)引起血凝塊。最近的一項(xiàng)研究表明，大約10％的住院患者會(huì)發(fā)生這種并發(fā)癥。醫(yī)生仍然不確定為什么病毒會(huì)引起這種反應(yīng)-在最嚴(yán)重的情況下，血塊會(huì)導(dǎo)致中風(fēng)。為了深入了解這一現(xiàn)象，EPFL科學(xué)家開發(fā)了一種微流控芯片，該芯片可以模擬人的肺部并復(fù)制其部分結(jié)構(gòu)以研究COVID-19感染。該芯片可以容納肺上皮細(xì)胞，血管細(xì)胞和免疫系統(tǒng)細(xì)胞，并讓科學(xué)家直接觀察SARS-CoV-2如何攻擊人類細(xì)胞并觸發(fā)血凝塊的形成。

研究者們懷疑有兩種機(jī)制在起作用。一種是細(xì)胞因子的過(guò)量生產(chǎn)，細(xì)胞因子是在免疫細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中起作用的蛋白質(zhì)。冠狀病毒可引起“細(xì)胞因子風(fēng)暴”，這些過(guò)度活化的免疫系統(tǒng)反應(yīng)會(huì)損壞血管并導(dǎo)致血凝塊形成，并可能致命。另一個(gè)可能的機(jī)制是損壞肺部的血管內(nèi)壁或內(nèi)皮組織。肺部有很多這類組織，一旦受損，血液很容易凝結(jié)并形成凝塊。

那么，可能的罪魁禍?zhǔn)资悄姆N機(jī)制？為了找到答案，醫(yī)生需要能夠每小時(shí)觀察肺部感染的進(jìn)展情況。在活著的患者中這幾乎是不可能的，在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)中也不是很可行，因?yàn)榕囵B(yǎng)物通常僅包含一種細(xì)胞，而不能提供整個(gè)肺系統(tǒng)的足夠真實(shí)的表示。

John McKinney教授實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家已獲得EPFL COVID-19工作組的支持。在實(shí)驗(yàn)室的博士后Vivek Thacker博士的帶領(lǐng)下，他們現(xiàn)在采用了片上肺裝置，并對(duì)其進(jìn)行了建模，以模擬SARS-CoV-2肺部感染的各個(gè)步驟。該設(shè)備包含微流控通道，可將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)饋送到芯片上的細(xì)胞，這些細(xì)胞經(jīng)排列可重建一部分肺部。更具體地，該芯片包含一層上皮細(xì)胞或覆蓋肺的細(xì)胞，以及一層內(nèi)皮細(xì)胞或襯在血管上的細(xì)胞。兩層被膜分開。

在科學(xué)家將SARS-CoV-2引入其設(shè)備后，該病毒首先攻擊上皮細(xì)胞的外層，就像自然感染一樣。他們與組織學(xué)核心設(shè)施的Jessica Sordet Dessimoz博士及其團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)該病毒在一天之內(nèi)到達(dá)了內(nèi)皮細(xì)胞的內(nèi)層，并在隨后的幾天內(nèi)造成了相當(dāng)大的損害。

Vivek Thacker說(shuō)：“有足夠的破壞力破壞內(nèi)皮，并使血管中的血液暴露于空氣中，從而導(dǎo)致血塊形成?！蓖ㄟ^(guò)我們的系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)該病毒可能通過(guò)直接攻擊內(nèi)皮而引起血凝塊。但是，這并不意味著細(xì)胞因子不會(huì)發(fā)揮作用。”

EPFL的裝置揭示了一種使用常規(guī)方法無(wú)法觀察到的現(xiàn)象，因?yàn)镾ARS-CoV-2在內(nèi)皮細(xì)胞單培養(yǎng)物中不能很好地增殖。Thacker說(shuō)：“在受感染的患者的內(nèi)皮中也發(fā)現(xiàn)了一些病毒顆粒，但是數(shù)量很少?！?/p>

該團(tuán)隊(duì)接下來(lái)將使用他們的單片肺和實(shí)際血液樣本，以便他們可以直接觀察血凝塊的形成。Thacker解釋說(shuō)，這并不像聽(tīng)起來(lái)那么簡(jiǎn)單-血液在體外迅速凝結(jié)，因此“我們必須快速而準(zhǔn)確”。他們計(jì)劃將抗凝劑添加到樣品中，然后在將樣品注入設(shè)備之前將其中和。小組將在接下來(lái)的幾周內(nèi)處理這個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。

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