Phổi nhân tạo – đột phá trong nghiên cứu về virus SARS-CoV-2

Những lá phổi nhân tạo tí hon, được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm từ các tế bào gốc trưởng thành, cho phép các nhà khoa học theo dõi cách thức virus SARS-CoV-2 lây nhiễm vào phổi.

Phổi nhân tạo được coi là bước đột phá trong nghiên cứu về virus SARS-CoV-2. Ảnh: AP

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Duke và Đại học Cambridge (Anh) đã sản xuất phổi nhân tạo trong hai nghiên cứu độc lập và riêng biệt để kiểm tra sự lây lan của virus SARS-CoV-2 gây bệnh COVID-19.

Mô hình “phổi sống” mô phỏng các túi khí nhỏ lấy oxy mà chúng ta hít thở, được biết đến là nơi diễn ra tổn thương phổi nghiêm trọng nhất do virus chết người này gây ra. Các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng mô hình này để kiểm tra sự lây lan của SAS-CoV-2, từ đó cho phép họ thử nghiệm các loại thuốc tiềm năng và hiểu rõ hơn lý do tại sao một số người mắc bệnh lại có những biểu hiện nặng hơn những người khác.

Trong cả hai nghiên cứu, mô hình phổi cực tiểu 3D được phát triển từ các tế bào gốc giúp sửa chữa các phần sâu nhất của phổi khi SARS-CoV-2 tấn công, được gọi là tế bào phế nang. Theo nhóm nghiên cứu Cambridge, các mô tế bào mà SARS-CoV-2 nhắm tới, đặc biệt ở những bệnh nhân bị viêm chính là các phế nang nói trên.

Họ trích xuất các tế bào phế nang từ mô hiến tặng và lập trình lại chúng trở lại giai đoạn “tế bào gốc” trước đó và buộc chúng phát triển thành các cấu trúc 3D giống như phế nang, mô phỏng hoạt động của mô phổi quan trọng. Sử dụng kết hợp hình ảnh huỳnh quang và phân tích di truyền tế bào đơn lẻ, họ có thể nghiên cứu cách các tế bào phản ứng với virus.

Các nhà nghiên cứu đã tự sao chép một tế bào gốc ở phổi để tạo ra hàng nghìn tế bào và một cấu trúc giống bong bóng giống như các mô thở của phổi người. Ảnh: Daily Mail

Khi các mô hình 3D tiếp xúc với SARS-CoV-2, virus bắt đầu nhân lên nhanh chóng, lây nhiễm toàn bộ tế bào chỉ 6 giờ sau. Nhóm nghiên cứu Cambridge giải thích rằng sự nhân lên này cho phép virus lây lan khắp cơ thể, lây nhiễm sang các tế bào và mô khác. Cùng lúc đó, các tế bào bắt đầu sản xuất interferon – loại protein hoạt động như tín hiệu cảnh báo cho các tế bào lân cận kích hoạt hệ thống phòng thủ của mình. Sau 48 giờ, các interferon kích hoạt phản ứng miễn dịch bẩm sinh – tuyến phòng thủ đầu tiên và các tế bào bắt đầu chống lại nhiễm trùng. 60 giờ sau khi nhiễm trùng, một tập hợp con của các tế bào phế nang bắt đầu bị phá hủy, dẫn đến chết tế bào và tổn thương mô phổi.

Mặc dù các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy những thay đổi đối với các tế bào phổi diễn ra chỉ trong vòng 3 ngày kể từ khi nhiễm bệnh, nhưng các triệu chứng lâm sàng của COVID-19 hiếm khi xảy ra nhanh chóng và đôi khi có thể mất hơn 10 ngày sau khi nhiễm virus thì mới xuất hiện. Nhóm nghiên cứu nói rằng có một số lý do cho việc này. Có thể mất vài ngày kể từ khi virus xâm nhập vào đường hô hấp thì nó mới tấn công được phế nang.

Tiến sĩ Young Seok Ju từ Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc giải thích rằng phải có một tỷ lệ đáng kể các tế bào phế nang bị nhiễm virus trước khi bệnh nhân xuất hiện các triệu chứng.

“Chúng ta có thể giải đáp nhiều câu hỏi chưa có câu trả lời, chẳng hạn như hiểu được tính nhạy cảm của gien đối với SARS-CoV-2, đánh giá khả năng lây nhiễm tương đối của các virus đột biến và làm sáng tỏ quá trình gây hại của virus trong tế bào phế nang của con người”, ông nói.

Tiến sĩ Young Seok Ju giải thích rằng phải có một tỷ lệ đáng kể các tế bào phế nang bị nhiễm virus trước khi bệnh nhân xuất hiện các triệu chứng. Ảnh: Daily Mail