Enfermedad en un plato: lo que los mini corazones y otros órganos revelan sobre el COVID prolongado
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El ataque del virus COVID-19 en el corazón humano está completamente oculto a la vista, revelado solo por el daño que queda atrás.
Pero los científicos de San Francisco han diseñado una forma de presenciar el asalto. En glóbulos de células cardíacas palpitantes cultivadas en laboratorio, pueden observar signos de angustia y luego muerte.
Al crear la enfermedad en un plato, el equipo de los Institutos Gladstone espera comprender mejor los misterios de la COVID prolongada, no solo en el corazón, sino también en otros tejidos. Son parte de un esfuerzo internacional cada vez mayor para estudiar cómo el virus infecta las células y cómo las células pueden tomar represalias y recuperarse.
«Muy rápidamente, esto nos está abriendo caminos para observar muchos sistemas de órganos diferentes, «, dijo la viróloga Dra. Melanie Ott, directora del Instituto de Virología Gladstone y profesora de medicina en UC San Francisco.
«COVID no es solo una infección de las vías respiratorias», dijo. «Es una enfermedad multisistémica».
Su investigación se basa en años de éxito en la ciencia de las células madre.
En 2006, el Dr. Shinya Yamanaka, biólogo de la Universidad de Kioto de Japón, que ahora se separa su tiempo en Gladstone, hizo este descubrimiento ganador del Premio Nobel: es posible crear células madre mediante la reprogramación de las células de la piel de una persona.
Al agregar solo cuatro genes que normalmente están activos solo en los embriones, hizo retroceder el reloj en las células ordinarias de la piel, revirtiéndolas a «células madre pluripotentes inducidas» o iPSC.
Al igual que las células madre embrionarias más famosas, estas iPSC pueden ser persuadidas para convertirse en casi cualquier tipo de célula en el cuerpo humano, desde cerebro al hígado. Se reproducen muchas veces. Pero no se necesitan embriones para crearlos, por lo que están libres de controversia.
Y son abundantes. Aproximadamente 10 000 lotes diferentes de células derivadas de iPSC ahora están creciendo en laboratorios de todo el mundo.
Las iPSC más utilizadas comenzaron con un joven del Área de la Bahía que se ofreció como voluntario para el laboratorio Gladstone del Dr. Bruce Conklin. Hace varios años, Conklin tomó una pequeña muestra de biopsia de piel del tamaño de una mancha Sharpie del músculo de la pantorrilla de un donante masculino anónimo sano de 30 años de ascendencia japonesa.
A medida que se diferencian y maduran, estos las células jóvenes quieren organizarse. Siguiendo la antigua coreografía del desarrollo humano, se agrupan en miniórganos inmaduros tridimensionales llamados «organoides».
Los preciosos organoides, del tamaño de una lenteja, viven en incubadoras estériles en el cuarto piso. del edificio Mission Bay del Instituto. Respiran aire filtrado, comen un caldo de nutrientes frescos y deben mantenerse a una temperatura constante de 98,6 grados, igual que el cuerpo humano, dijo Ritu Kumar, director de Stem Cell Core de Gladstone, donde viven. Incluso el cambio más pequeño en la temperatura o la dieta cambiará su comportamiento.
Bolas flotantes, inicialmente borrosas y translúcidas, luego se vuelven compactas y oscuras.
Un organoide cardíaco incluso late como un corazón. Es una vista sorprendente, casi inquietante.
«La primera vez que pudimos hacer que las células latieran… Fue un poco aterrador», recordó Conklin. El joven posdoctorado que los vio por primera vez «no podía creer lo que estaba viendo».
Estos organoides son el modelo perfecto para estudiar enfermedades. Los métodos actuales tienen importantes limitaciones. Por ejemplo, los cultivos celulares tradicionales crecen en capas bidimensionales, por lo que no se comportan como órganos reales. Los animales de laboratorio son útiles, pero no siempre contraen enfermedades humanas.
Pero la creciente pandemia de COVID-19 hizo que muchos de los proyectos de células madre de Gladstone, como otros en todo el mundo, se suspendieran abruptamente a principios de 2020 .
Mientras los científicos se preparaban para irse a casa, Ott pasó por el laboratorio de Conklin y preguntó: «Oye, ¿tienes células cardíacas?» Había oído que la COVID causa síntomas cardíacos y, con una amplia experiencia en el estudio de iPSC infectadas por otros virus, quería probarlos.
A medida que aumentan los casos de COVID, el impacto de la enfermedad en el corazón es preocupante y no se comprende bien. Hay evidencia emergente de que estimula la inflamación, llamada miocarditis. Algunas personas muestran altos niveles de una proteína, lo que indica una lesión cardíaca. Se han informado insuficiencia cardíaca aguda, arritmias y coágulos de sangre en personas hospitalizadas con COVID-19.
«Estábamos a punto de matarlos a todos, porque pensamos que básicamente íbamos a cerrar el laboratorio». recordó Conklin. «Estábamos listos para tirarlos».
El objetivo de Ott era observar cómo se comportan los mini corazones cuando se infectan.
Usando un respirador, guantes dobles y equipo de protección total, Los científicos del equipo sacaron viales del virus COVID de un refrigerador de alta seguridad. Cuidadosamente, bajo una campana extractora, pipetearon el virus en platos que contenían el organoide cardíaco.
El diminuto corazón se infectó gravemente entre dos y 24 horas y luego desarrolló una serie de defectos genéticos y estructurales.
«Lo que estábamos viendo era completamente anormal; en mis años de observar cardiomiocitos, nunca había visto algo así antes», según el investigador principal de Gladstone, Todd McDevitt.
Por lo general, las fibras musculares llamadas sarcómeros están dispuestos como filamentos largos, alineados en la misma dirección. Su trabajo es controlar la contracción celular coordinada de un latido del corazón. Pero los sarcómeros enfermos fueron cortados en cubitos en pequeños fragmentos, como rebanadas de pan. Según Conklin, esto hace que sea imposible que latan correctamente.
Había otros signos de trauma. Las células liberaron citoquinas, una señal de angustia química. Faltaba el ADN. Eventualmente, sucumbieron.
«Estas células cardíacas son exquisitamente sensibles a la infección y mueren muy rápidamente», dijo Ott.
El daño cardíaco en pacientes muertos por COVID corroboró los cambios estructurales que vieron. en el laboratorio. Sorprendentemente, incluso las autopsias de pacientes con COVID que no habían sido diagnosticados con enfermedad cardíaca mostraron problemas estructurales en las células del músculo cardíaco.
Los problemas cardíacos son solo uno de los 200 problemas de salud persistentes estimados que se encuentran en personas con COVID.
En Stanford, la inmunóloga viral Dra. Catherine Blish está utilizando organoides de los sacos de aire de los pulmones, llamados alvéolos, para estudiar cómo el virus ingresa y afecta la secreción de una molécula que ayuda a que los pulmones se estiren. El Dr. Arnold Kriegstein de la UCSF descubrió que las células cerebrales llamadas astrocitos pueden infectarse y mostrar estrés.
«Antes de las células iPS», dijo Conklin, «simplemente no había forma de estudiar esto».
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Cita: Enfermedad en un plato: lo que revelan los mini corazones y otros órganos sobre el COVID prolongado (2022, 9 de marzo) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/ 2022-03-disease-dish-mini-hearts-reveal-covid.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.