COVID-19, eine durch ein neuartiges Coronavirus verursachte pandemische Krankheit, breitet sich weltweit rasch aus. Der Erreger von COVID-19 ist SARS-Cov-2, ein Beta-Coronavirus, das ein umhülltes, nicht segmentiertes RNA-Virus. Die COVID-19-Krankheit ist durch eine Atemwegserkrankung (Husten), Kurzatmigkeit, Fieber und Lungenentzündung gekennzeichnet1.


Um die weltweiten Bemühungen zur Erforschung und Bekämpfung dieser neuen Gesundheitsbedrohung zu unterstützen ist Lonza bestrebt den Forschern die entsprechenden Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, um das richtige biologische Modell für die Entwicklung von Medikamenten und Impfstoffen für COVID-19 zu etablieren. Über 150 authentifizierte und ethisch einwandfreie Zelltypen von zahlreichen Spendern sowie von gesundem und krankem Gewebe, wie z.B. chronisch-obstruktive Lungenkrankheit (COPD) oder Asthma, kann Lonza zur Verfügung zu stellen.

SARS-Cov-2 dringt über den ACE2-Rezeptor (Angiotensin-Converting-Enzym) in die Zielzellen ein und führt zu Infektionen von ACE2 exprimierenden Zielzellen1.

 

ACE2 ist ein wichtiger Regulator der Immunantwort und der Entzündung. Es wird in mehreren verschiedenen Zelltypen in Lunge und Herz in unterschiedlichen Expressionsniveaus exprimiert. Obwohl ACE2 in Alveolarzellen vom Typ 2 hoch exprimiert wird, wird eine geringere Expression in anderen Lungen- und Gefäßendothelzelltypen beobachtet. Die Expression dieser Rezeptoren ist auch je nach Ethnie und Geschlecht des Spenders variabel, z.B. wird spekuliert, dass die ACE2-Expression mit zunehmendem Alter abnimmt, was wiederum zu einer höheren Anfälligkeit älterer Patienten für SARS-Cov-2-Infektionen führen kann2, 3, 4.

 

Nach einer Infektion kann es zu einer unkontrollierten Virusvermehrung kommen, wenn das Virus in der Lage ist, antivirale Reaktionen wie Interferon (IFN) zu dämpfen. Dies kann zum Eindringen mehrerer Immunzelltypen in das Lungengewebe führen, wie z.B. Neutrophile, Monozyten, Makrophagen sowie Antikörper sezernierende Zellen und T-Zellen, was zu einem Zytokinsturm mit einer übermäßigen Produktion von Zytokinen zur Bekämpfung der Virusinfektion führt. Die daraus resultierende Ansammlung von ödematöser Flüssigkeit, Schleim und Fibrin-Pfropfen in kleinen Bronchien und Bronchiolen kann letztlich zu einer Störung des Gasaustauschs und in den schwersten Fällen zu einer Lungenentzündung führen5, 6.

Atemwegsepithelzellen und Medien

Es gibt viele spezialisierte Lungenzelltypen, die für die Forschung bezüglich Covid-19 relevant sind. Die Infektion kleiner Atemwegsepithelzellen (SAEC) durch das SARS-Coronavirus korreliert mit dem Zustand der Zelldifferenzierung und der ACE2-Expression und -Lokalisierung3.

Luft-Flüssigkeits-Interphasen-differenzierte Epithelzellen

Kleine Atemwegsepithelzellen (SAECs) und Bronchialepithelzellen (HBEs) können in einem ALI-Kultursystem differenziert werden, das in der Lage ist, tight junctions und Zilien zu bilden. Die Verfügbarkeit von SAEC- und HBEs-Lots von mehreren Spendern, die für die ALI-Differenzierung geeignet sind, sowie von spezifischen Medien für das Wachstum und die Differenzierung von Atemwegsepithelzellen bietet ein biologisch relevantes in vitro-Modell für das in vivo-ähnliche differenzierte Modell an.
Lonza bietet eine breite Palette von ALI-zertifizierten Atemwegszellen aus normalem, asthmatischem, COPD- und Mukoviszidose-Lungengewebe an. Für alle Zelltypen stehen speziell entwickelte Kulturmedien zur Verfügung. Unser BulletKitTM-Medium ist mit zusätzlichen Wachstumsfaktoren und Hormonen formuliert, um ein konsistentes Wachstum der Primärzellen optimal zu unterstützen und gleichzeitig die gewebespezifischen Eigenschaften zu erhalten. 

Zellen des Atmungsgewebes von gesunden und erkrankten Spendern

Humane bronchial bzw. tracheale Epithelzellen

Air Liquid Interface (ALI) Zellen

Andere Atemwegszelltypen und Medien

Darüber hinaus sind andere primäre Zellen aus gesundem und krankem Lungengewebe verfügbar, wie z.B. glatte Muskelzellen der Bronchien, Lungenfibroblasten, mikrovaskuläre Endothelzellen der Lunge, Endothelzellen der Lungenarterien oder glatte Muskelzellen der Lunge. Es sind spezifische BulletKitTM -Medien erhältlich, die ein konsistentes Wachstum der Primärzellen optimal unterstützen und gleichzeitig die gewebespezifischen Eigenschaften beibehalten.

Immunzellen und Medien zur Untersuchung der COVID-19-Krankheit

Pathogene humane Coronaviren, wie das schwere akute respiratorische Syndrom CoV (SARS-CoV), infizieren vorwiegend die unteren Atemwege und können eine tödliche Lungenentzündung verursachen. Diese akute Lungenschädigung ist häufig mit einer schnellen Virusvermehrung, einer massiven Infiltration von Entzündungszellen und einem Zytokinsturm mit erhöhten pro-inflammatorischen Zytokinreaktionen verbunden7.

 

Unser breites Portfolio an Immunzellen mit großer Spendervielfalt ermöglicht es Forschern, die Coronaviren untersuchen, Variationen in der Infektiosität und Messungen von Zytokinreaktionen zu beurteilen, z.B. durch die Ko-Kultivierung von PBMCs mit primären Lungenepithelzellen. Dies kann bei der Entdeckung und Entwicklung von Impfstoffen und biotherapeutischen Antikörpern hilfreich sein.

Referenzen

  1. Zhou, P., Yang, X., Wang, X. et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature 579, 270–273 (2020)
  2. Yu Zhao, Zixian Zhao, Yujia Wang, Yueqing Zhou, Yu Ma, Wei Zuo. Single-cell RNA expression profiling of ACE2, the putative receptor of Wuhan 2019-nCov, bioRxiv 2020.01.26.919985
  3. Hamming, I., Timens, W., Bulthuis, M., Lely, A., Navis, G. and van Goor, H. (2004), Tissue distribution of ACE2 protein, the functional receptor for SARS coronavirus. A first step in understanding SARS pathogenesis. J. Pathol., 203: 631-637
  4. Possible Biological Explanations for Kids’ Escape from COVID-19, The Scientist, March 16, 2020
  5. Thevarajan, I., Nguyen, T.H.O., Koutsakos, M. et al. Breadth of concomitant immune responses prior to patient recovery: a case report of non-severe COVID-19. Nat Med (2020)
  6. Newton AH, Cardani A, Braciale TJ. The host immune response in respiratory virus infection: balancing virus clearance and immunopathology. Semin Immunopathol. 2016;38(4):471–482
  7. Channappanavar, R., & Perlman, S. (2017). Pathogenic human coronavirus infections: causes and consequences of cytokine storm and immunopathology. Seminars in immunopathology, 39(5), 529–539