研究人员正在实验室中培育微型器官，以研究新型冠状病毒如何蹂躏身体。在这些类器官中进行的研究揭示了该病毒在侵入器官方面的多功能性，从肺部到肝脏、肾脏和肠道。研究人员还在这些微型组织中试验药物，以观察这些疗法是否可能成为治疗人类的候选药物。
医生从住院患者和尸检中了解到，SARS-CoV-2 会对器官产生破坏性影响。但尚不清楚其中一些损害是直接由病毒引起的，还是由感染的继发性并发症引起的。多个研究小组正在使用类器官研究来显示病毒在体内传播的位置、感染的细胞以及造成的损害。
德国美因茨约翰内斯·古腾堡大学的细胞生物学家托马斯·埃弗特说：“类器官的优点在于它们类似于组织的真实形态。”
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病毒学家通常使用细胞系或在培养皿中培养的动物细胞来研究病毒。但研究人员表示，这些方法不能很好地模拟 SARS-CoV-2 感染，因为它们不能模仿体内发生的情况。
西班牙巴塞罗那加泰罗尼亚生物工程研究所的干细胞生物学家努里亚·蒙特塞拉特说，类器官更好地展示了 SARS-CoV-2 对人体组织的作用。蒙特塞拉特说，它们可以生长到包含多种细胞类型，并在数周内呈现原始器官的形状。它们也比动物模型便宜，并且避免了 它们引起的伦理问题。
但荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯医疗中心的病毒学家巴特·哈格曼斯说，在类器官中研究 SARS-CoV-2 具有局限性，因为它们不能反映体内器官之间发生的串扰，这意味着研究结果仍需要在动物模型和临床研究中得到验证。
吸入
来自类器官的关键见解之一是 SARS-CoV-2 对呼吸系统细胞的作用，从上呼吸道到肺部。
日本京都大学的干细胞生物学家高山和雄及其同事开发了支气管类器官，该类器官具有四种不同的细胞类型，由来自支气管外层或上皮的冷冻细胞制成。当他的团队用 SARS-CoV-2 感染类器官时，他们发现该病毒主要针对上皮中补充细胞的干细胞，即基底细胞，但不容易进入保护性分泌性“棒状细胞”。该团队已在 bioRxiv 上发布了他们的工作，现在计划研究病毒是否可以从基底细胞传播到其他细胞。
病毒可以从上呼吸道进入肺部并导致呼吸衰竭，这是 COVID-19 的严重并发症。纽约市威尔康奈尔医学院的干细胞生物学家陈水冰使用培养皿中的微型肺部，表明一些细胞在感染后会死亡，并且该病毒会诱导产生称为趋化因子和细胞因子的蛋白质，从而引发大规模免疫反应。许多患有严重 COVID-19 的人会出现一种称为细胞因子风暴的免疫反应，这种反应 可能是致命的。
但同样在 bioRxiv 上发布了她的研究结果的陈水冰表示，肺细胞在患者体内死亡的原因仍然是个谜——无论是病毒造成的损害、自我诱导的破坏，还是被免疫细胞吞噬。陈水冰说：“我们知道细胞会死亡，但我们不知道是如何死亡的。”她创建类器官的方法与高山的方法不同。她没有使用成人细胞来创建类器官，而是使用了可以发育成体内任何细胞类型的多能干细胞。陈水冰说，以这种方式生长的类器官可以包含更多细胞类型，但最终结果不太成熟，因此可能无法代表成人组织。她现在正在培养带有免疫细胞的肺类器官。
血液涌入
SARS-CoV-2 可以从肺部扩散到其他器官，但在蒙特塞拉特及其同事于 5 月在《细胞》杂志上发表一项研究之前，研究人员不确定病毒究竟是如何传播的。在类器官（也由多能干细胞制成）的实验中，他们表明 SARS-CoV-2 可以感染内皮细胞（血管内壁细胞），从而使病毒颗粒泄漏到血液中并在全身循环。加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的基因工程师、该研究的共同主要作者约瑟夫·彭宁格说，COVID-19 患者血管受损的病理报告也支持这一假设。
彭宁格和蒙特塞拉特说，类器官研究表明，一旦进入血液，病毒可以直接感染包括肾脏在内的多个器官。尽管病毒感染了肾脏类器官，并且一些细胞死亡，但研究人员不确定这是否是某些患者观察到的肾功能障碍的直接原因。
另一项关于肝脏类器官的研究发现，该病毒可以感染并杀死有助于胆汁产生的细胞，即胆管细胞。中国上海复旦大学的细胞生物学家赵冰说，许多研究人员认为，在 COVID-19 患者中看到的肝损伤是由过度活跃的免疫反应或药物副作用引起的。他的研究结果发表在《蛋白质与细胞》杂志上。赵冰说，他的工作“表明该病毒可以直接攻击肝组织，从而导致肝损伤”。
根据一项使用肠道类器官进行的《科学》杂志研究，该病毒还可以在排列在小肠和大肠中的细胞（称为肠细胞）中复制。
开发了肠道类器官的哈格曼斯说，尽管这些发现具有启发意义，但使用类器官研究病毒与宿主之间的相互作用仍处于起步阶段。他说：“现在说它们有多重要还为时过早。”研究人员表示，需要更复杂的类器官系统来更好地了解病毒如何与人体的免疫系统相互作用以造成损害。
彭宁格说：“我们现在相当确信，引起 COVID-19 的病毒可以感染肺部以外的组织，并对疾病产生重大影响。”但他表示，更严重的后果，如肾脏和心脏损伤，可能是病毒感染和过度免疫反应共同作用的结果。
药物测试平台
科学家们还在研究是否可以使用类器官来模拟药物在体内的反应。他们希望类器官可以用于测试潜在的 COVID-19 疗法，其中一些疗法已经在没有在细胞和动物模型中进行广泛测试的情况下匆忙进入临床试验。
陈水冰说：“临床试验是根据先前对其他冠状病毒的了解而设计的，并且在没有在模型系统中进行仔细评估的情况下启动的。”“结果，其中许多都失败了。”
陈水冰筛选了美国食品和药物管理局批准用于治疗其他疾病的约 1200 种药物，发现癌症药物伊马替尼可以抑制肺类器官中的 SARS-CoV-2。此后，已启动了几项该药物作为 COVID-19 治疗方法的人体临床试验。
其他研究小组也在类器官中测试现有药物对冠状病毒的疗效，并取得了一些成功。哈格曼斯说：“我们只有在这个过程结束时才能知道这些系统在测试药物疗效方面的预测价值。”“这是一个长期过程。”
本文经许可转载，并于 2020 年 6 月 22 日首次发表。