总结人类气道疾病方面的临床前模型对新疗法和疫苗的发展至关重要。在最近发表在《mBIO》杂志上的一项研究中，贝勒医学院的研究人员报告了一种多功能人类鼻子类器官的开发——这是鼻子内部细胞分层的实验室代表，自然病毒感染的第一个事件发生在鼻子内部。
利用模拟人类细胞和病毒之间复杂相互作用的鼻类器官，该团队展示了导致COVID-19的SARS-CoV-2病毒和一种主要的儿童呼吸道病毒呼吸道合胞病毒(RSV)感染之间的关键差异。让我们更好地了解疾病发展的第一步，并引领潜在的新疗法。
该模型也被证明是测试治疗效果的有用工具，如palivizumab，一种fda批准的用于预防高危婴儿严重RSV疾病的单克隆抗体。人类鼻子类器官系统是治疗方法临床前评估的一部分，将有助于加速实验室开发的治疗方法转移到床上。
贝勒大学儿科分子病毒学和微生物学、药理学和化学生物学教授佩德罗·皮德拉(Pedro Piedra)表示:“以SARS-CoV-2和RSV等呼吸道病毒为例，呼吸病毒时从鼻子开始感染。”他也是贝勒临床实验室改进修正案(CLIA)认证的呼吸道病毒诊断实验室的主任。“我们开发的人类鼻子类器官提供了进入人类鼻子内部的途径，使我们能够在实验室研究感染的早期事件，这是我们以前没有过的。我们已经成功地从成人和婴儿身上开发出了人类的鼻类器官。”
鼻子内部的上皮细胞，一边暴露在空气中，另一边暴露在血液循环系统中。
第一作者、Piedra实验室博士后助理Anubama Rajan博士解释说:“我们的三维类有机系统利用鼻拭子采集的鼻上皮在实验室中复制了这种自然情况。”“我们在组织培养板中培养收获的上皮细胞，该组织培养板提供了一个气-液界面，上皮细胞的顶部暴露在空气中，底部浸泡在含有营养和其他因素的液体中。”
为了研究SARS-CoV-2或RSV与鼻腔上皮的相互作用，研究人员模拟了自然感染，将每个病毒分别放在培养板的空气侧，并研究鼻腔类器官发生的变化。
“我们观察到对SARS-CoV-2和RSV感染的不同反应，”合著者、贝勒大学分子病毒学和微生物学助理教授Vasanthi Avadhanula博士说。“SARS-CoV-2引起上皮严重损伤，没有干扰素反应(一种抗病毒第一防御反应)，粘液分泌极少。与之形成鲜明对比的是，RSV诱导了大量的粘液分泌和深刻的干扰素反应。”
该团队还使用了RSV感染的人鼻类器官模型来测试palivizumab的疗效。在这种情况下，他们将治疗性单克隆抗体放置在充满液体的腔室中，以更类似于人类的经验，治疗性抗体进入血液循环，保护呼吸道免受RSV感染。
“在我们的模型中，palivizumab以浓度依赖性的方式有效地预防了RSV感染，”(CLIA)认证呼吸道病毒诊断实验室和该实验室研究项目的联合主任Avadhanula说。
在这项研究中，该团队首次描述了一种非侵入性、可重复性和可靠的方法来建立人类鼻子类器官，允许进行长期研究。以前的模型是通过侵入性肺或鼻活检或支气管肺泡灌洗制作的。Piedra说:“鼻拭子样本的容易获取有助于我们在普通成年人和弱势儿童人群中采用无创方法。”
使用这种新型人类鼻子类器官系统的另一个优势是，它可以揭示一个人最初是如何控制感染的，并提供了一个人比其他人更容易感染病毒的原因。该系统也可以用于研究其他呼吸道病毒和潜在的其他致病微生物。
这项工作的其他贡献者包括Ashley Morgan Weaver, Gina Marie Aloisio, Joseph Jelinski, Hannah L. Johnson, Susan F. Venable, Trevor McBride, Letisha Aideyan, Felipe-Andrés Piedra, Xunyan Ye, Ernestina Melicoff-Portillo, Malli Rama Kanthi Yerramilli, Xi-Lei Zeng, Michael A. Mancini, Fabio Stossi, Anthony W. mareso, Shalaka A. Kotkar，玛丽·k·埃斯蒂斯和莎拉·布鲁特，都在贝勒医学院。
这项研究得到了公共卫生服务项目P30DK056338, NIH项目(DK56338, CA125123, ES030285, T32AI055413, U19 AI144297和U19 Al116497)，德克萨斯州癌症预防和研究所(CPRIT;RP150578, RP170719)， Dan L. Duncan综合癌症中心和John S. Dunn Gulf Coast化学基因组学联盟。
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