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COVID-19 può infettare e danneggiare direttamente le cellule renali umane

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Immagine al microscopio fluorescente che mostra un robusto assorbimento di SARS-CoV-2 da parte dei podociti renali derivati ​​da cellule staminali umane. Le cellule infette esprimono la proteina nucleocapside virale (rossa) e il marcatore di identificazione della linea cellulare podocitaria, la nefrina (ciano). Credito: Duke University

Il virus che causa COVID-19, SARS-CoV-2, può infettare direttamente un tipo specializzato di cellula renale. La scoperta aiuta a spiegare perché il danno renale acuto è una delle principali complicanze osservate nei pazienti con grave COVID-19, secondo ingegneri biomedici e virologi della Duke University.

La ricerca è apparsa online il 20 aprile sulla rivista Frontiere nella biologia cellulare e dello sviluppo.

Quando il COVID-19 ha iniziato a diffondersi in tutto il mondo all’inizio del 2020, i medici sapevano che il virus infettava principalmente le cellule del tratto respiratorio. Ma quando il numero dei casi ha iniziato a crescere, i medici sono rimasti sorpresi nel vedere che molti pazienti, specialmente quelli con grave COVID-19, stavano anche sviluppando lesioni ai reni.

La questione è giunta all’attenzione di Samira Musah quando ha partecipato a un simposio virtuale nella primavera del 2020. Musah, un assistente professore di ingegneria biomedica e medicina alla Duke, ha ascoltato mentre i medici presentavano una ricerca che descriveva come pazienti che non avevano mai avuto problemi ai reni stavano sviluppando una malattia renale dopo essersi ammalati di COVID-19.

“È stato scioccante sentire i medici descrivere come i pazienti che erano sani hanno improvvisamente sviluppato un danno renale e avevano bisogno di andare in dialisi dopo aver contratto la SARS-CoV-2”, ha detto Musah. “Era chiaro che il virus stava facendo qualcosa ai reni, ma era così presto nella pandemia che nessuno era sicuro di cosa stesse succedendo”.

In un lavoro precedente, Musah e il suo team hanno dimostrato di poter guidare le cellule staminali pluripotenti indotte dall’uomo a svilupparsi e maturare in podociti funzionali, che è un tipo specifico di cellula renale che aiuta a controllare la rimozione delle tossine e dei rifiuti dal sangue. Musah e Titilola Kalejaiye, un borsista post-dottorato in laboratorio, volevano vedere se potevano usare questo modello per determinare come e perché SARS-CoV-2 era in grado di danneggiare le cellule renali.

Come prova del concetto, Kalejaiye inizialmente ha lavorato con una versione pseudovirus di SARS-CoV-2. Questi psuedovirus sono sviluppati per imitare le caratteristiche di virus specifici, ma non sono in grado di produrre particelle virali competenti per la replicazione, il che li rende sicuri da utilizzare per un’ampia ricerca. Dopo aver introdotto lo pseudovirus nel loro modello di cellula podocita, Kalejaiye ha scoperto che la proteina spike del virus poteva legarsi direttamente a numerosi recettori sulla superficie dei podociti.

“Abbiamo scoperto che il virus era particolarmente abile nel legarsi a due recettori chiave sulla superficie dei podociti e questi recettori sono abbondanti in queste cellule renali”, ha spiegato Kalejaiye, che è anche il primo autore dell’articolo. “All’inizio c’era un forte assorbimento del virus e abbiamo anche scoperto che quando si aumentava la dose del virus, l’assorbimento aumentava ulteriormente. Il virus sembrava avere una forte affinità per queste cellule renali”.

Per testare il loro modello di podociti con il vero virus SARS-CoV-2, Musah e Kalejaiye hanno collaborato con Maria Blasi, assistente professore di medicina alla Duke e ricercatrice presso il Duke Human Vaccine Institute. Prima della pandemia, Blasi stava esplorando come i virus, compreso l’HIV, infettano e danneggiano un altro sottoinsieme di cellule renali chiamate cellule epiteliali tubulari renali.

“È stato un colpo di fortuna che ci siamo incrociati all’incontro di facoltà a cui entrambi abbiamo partecipato”, ha detto Blasi. “Samira stava cercando qualcuno con esperienza nella gestione di virus vivi e io stavo cercando un modello dei podociti che Samira può creare, quindi abbiamo deciso di prendere due piccioni con una fava”.

Proprio come con lo pseudovirus, il team ha osservato che la versione live del virus aveva una forte affinità per i podociti. Una volta che il virus ha infettato le cellule, ha danneggiato i podociti, facendo ritrarre e avvizzire le loro lunghe strutture simili a dita, che aiutano a filtrare il sangue. Se le ferite alle cellule fossero troppo gravi, i podociti morirebbero.

“Oltre al danno strutturale, abbiamo visto che il virus potrebbe dirottare il macchinario dei podociti per produrre particelle virali aggiuntive che potrebbero diffondersi per infettare cellule aggiuntive”, ha detto Blasi.

Ora il team spera di espandere il proprio lavoro per studiare come si comportano le diverse varianti di SARS-CoV-2 nelle cellule renali. Poiché sono emerse varianti del virus, le lesioni renali si verificano meno frequentemente. Ciò ha portato il team a chiedersi come stanno cambiando le nuove varianti e se stanno diventando meno capaci di infettare le cellule renali.

“Penso che sia straordinario che siamo passati dall’essere a casa e ascoltare i rapporti iniziali dei medici a formare virtualmente questa collaborazione e avere questi risultati in una sequenza temporale così breve”, ha affermato Musah. “Avevamo le persone giuste e gli strumenti giusti al momento giusto. È stata una delle collaborazioni di maggior successo del mio laboratorio relativamente giovane e non vedo l’ora di continuare questo lavoro”.


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