SARS-CoV-2 infecta y se replica en fotorreceptores y células ganglionares de la retina de organoides de la retina humana
Corte transversal de parte de un organoide de la retina: el día 143 de su diferenciación, la capa nuclear interna (abajo) contiene los cuerpos celulares de Células funcionalmente distintas: las de las células amacrinas y horizontales (blancas) y las células gliales de Mller (rojas). La capa nuclear externa (arriba) contiene los cuerpos celulares de los fotorreceptores (células sensibles a la luz; verde). El dibujo de la derecha muestra los tipos de células y la estructura de la retina de los vertebrados en la misma orientación que en el organoide: aquí, la luz entra desde abajo y atraviesa toda la retina hasta que llega a los fotorreceptores (capa superior de células en gris). La capa nuclear interna contiene células amacrinas y horizontales (blancas) y células bipolares (verdes). Las células gliales de Mller (rojas) abarcan toda la retina. Los axones de las células ganglionares de la retina (grises) forman el nervio óptico y transmiten la señal luminosa al cerebro. Crédito: MPI para Biomedicina Molecular/ Yotam Menuchin-Lasowski
El coronavirus SARS-CoV-2 no solo causa infecciones de las vías respiratorias. Otros sistemas de órganos, como el sistema nervioso, también pueden verse afectados. De hecho, se ha detectado ARNm del SARS-CoV-2 en el cerebro en autopsias de pacientes que fallecieron a causa de la COVID-19. También hay una creciente evidencia de que los coronavirus pueden ingresar a la retina del ojo, pero no está claro qué estructuras de la retina están infectadas por el SARS-CoV-2 y si las patologías de la retina identificadas en pacientes con COVID-19 son un resultado directo o indirecto de la infección de la retina. . Un equipo colaborativo de investigadores dirigido por Thomas Rauen y Hans Schler del Instituto Max Planck de Biomedicina Molecular y el virólogo Stephan Ludwig de la Westflische Wilhelms-Universitt Mnster ahora ha decidido utilizar organoides, un sistema modelo similar a un órgano de la retina de células madre reprogramadas humanas para estudiar la infección por SARS-CoV-2 de la retina. Según el estudio, el SARS-CoV-2 en realidad infecta las células de la retina, especialmente las células ganglionares de la retina, pero también las células sensibles a la luz. Además, los investigadores muestran que los coronavirus también pueden replicarse en estos tipos de células. Este hallazgo es nuevo y subraya la necesidad de monitorear las patologías retinianas como posible consecuencia de la larga COVID.
Hace tres años, Yotam Menuchin-Lasowski no hubiera pensado que el modelo de organoide de retina humana que estableció en el Instituto Max Planck en Mnster se usaría en la investigación sobre el SARS-CoV-2. Fue entonces cuando el científico comenzó a trabajar en el sistema modelo, basado en células madre humanas reprogramadas, como parte del proyecto White Paper «Brain Organoids: Alternatives to Animal Testing», financiado por la Sociedad Max Planck.
Cuando aparecieron en los medios más y más casos de deficiencias neurológicas, así como trastornos visuales durante o después de una infección por coronavirus, a los investigadores de Max Planck les pareció lógico que usaran organoides retinianos para estudiar el SARS-CoV-2 en el retina. Después de todo, varios estudios informaron la detección del virus SARS-CoV-2 en biopsias de retina tomadas de pacientes que habían muerto por COVID-19.
Después de esto, el modelo retina-organoide ahora está demostrando ser un alternativa a las pruebas con animales, ya que las infecciones por SARS-CoV-2 en humanos solo pueden replicarse de manera inadecuada en modelos animales, si es que se pueden replicar. «Nuestro sistema de organoides retinales replica la estructura anatómicamente compleja de la retina humana de manera extraordinaria», dice Yotam Menuchin-Lasowski.
Las células iPS humanas se utilizan como material de partida para la generación de organoides retinales. Estas son células obtenidas de biopsias y reprogramadas en células madre inducidas artificialmente. «En cuatro o cinco meses, en condiciones de cultivo adecuadas, las células iPS dan lugar a organoides retinianos maduros en los que los diversos tipos de células se organizan de una manera típica de la retina», dice Menuchin-Lasowski.
Imágenes de inmunofluorescencia de Sars -Las células positivas para la nucleoproteína (N) CoV-2 (verde) muestran células infectadas con Sars-CoV-2 en organoides retinianos. Las células infectadas con Sars-CoV-2 en la figura de la derecha muestran la morfología típica de los fotorreceptores. Crédito: MPI para Biomedicina Molecular/ Yotam Menuchin-Lasowski
ARNm viral en organoides
Andr Schreiber y Stephan Ludwig del Instituto de Virología Molecular de Westflische Wilhelms-Universitt Mnster en un laboratorio de nivel de seguridad 3 y luego analizado después de tiempos de incubación especificados. Mediante un análisis de PCR cuantitativo, los investigadores lograron detectar el ARNm del SARS-CoV-2 en los organoides, lo que indica que las células de los organoides estaban efectivamente infectadas por el virus.
Además, para medir las concentraciones activas del virus producidas por los organoides infectados después de diferentes tiempos de incubación, los investigadores utilizaron un ensayo llamado ensayo de placa viral. De hecho, el ensayo mostró que se ha formado una nueva progenie viral en los organoides de la retina. «Esta es la primera demostración de que el SARS-CoV-2 se replica en las células de la retina humana», dice Thomas Rauen, quien dirige el Grupo del Proyecto del Libro Blanco «Organoides cerebrales: alternativas a las pruebas con animales» junto con Hans Schler. «Nuestro proyecto financiado por MPG se ha hecho realidad», añade encantado.
Para averiguar qué células de los organoides de la retina están afectadas, los investigadores analizaron los organoides bajo un microscopio de fluorescencia. Con la ayuda de diferentes marcadores inmunológicos para los diferentes tipos de células de la retina y con un anticuerpo fluorescente contra la nucleoproteína (proteína N) del SARS-CoV-2, se demostró que principalmente dos capas celulares de los organoides retinianos estaban infectadas. «Por un lado, muchas de las células teñidas con proteína N estaban en la capa nuclear externa de los organoides», dice Yotam Menuchin-Lasowski. Esta es la capa que contiene los cuerpos celulares de los fotorreceptores, los conos y bastones que convierten la luz entrante en impulsos nerviosos. «Algunas de estas células con la proteína N en realidad tenían el aspecto típico de las células sensibles a la luz», añade. «Sin embargo, el tipo de célula en el que detectamos con mayor frecuencia la proteína N del SARS-CoV-2 son las células ganglionares de la retina», dice Menuchin-Lasowski. Estas células están ubicadas en la capa celular más interna de la retina y transmiten todas las señales desde la retina al cerebro a través del nervio óptico.
Consecuencias para las células ganglionares de la retina
Curiosamente, muchas de los síntomas retinianos asociados con el COVID-19 están relacionados con las células ganglionares de la retina, pero anteriormente se han asociado predominantemente con efectos secundarios de otros síntomas de enfermedades inducidas por el SARS-CoV-2, como daño a los vasos sanguíneos o aumento de la presión ocular . «Sin embargo, nuestro estudio actual de retina-organoide muestra que la infección por SARS-CoV-2 puede tener consecuencias patológicas directas para las células ganglionares de la retina, aunque la discapacidad visual no es común en pacientes con COVID-19», dijo Thomas Rauen. «Pero nuestros datos nos dan razones para creer que los llamados síntomas prolongados de COVID pueden incluir una enfermedad degenerativa de la retina».
Hans Schler, jefe emérito del grupo de investigación del Libro Blanco de MPG junto con Thomas Rauen, dice: «Aquí, todo el potencial de la investigación de los organoides se hace evidente: los organoides de la retina son particularmente adecuados para el estudio de patologías de la retina. A través de la fructífera colaboración interdisciplinaria con el departamento de Stephan Ludwig, pudimos obtener información sobre la participación de la retina en COVID-19 y posiblemente también en larga COVID.»
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Organoides cerebrales desarrollan copas ópticas que responden a la luz Más información: Yotam Menuchin-Lasowski et al, SARS-CoV-2 infecta y se replica en fotorreceptores y células ganglionares de la retina de organoides retinales humanos, (2021). DOI: 10.1101/2021.10.09.463766 Proporcionado por Max Planck Society Cita: SARS-CoV-2 infects and replicas in photoreceptor and retinal ganglion cells of human retinal organoids (2022, 25 de marzo) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-sars-cov-infects-replicates-photoreceptor-retinal.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.