UCLA-onderzoekers die een model van luchtwegweefsel hebben gebruikt dat is gemaakt van menselijke stamcellen, hebben vastgesteld hoe het roken van sigaretten een ernstigere infectie veroorzaakt door SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 veroorzaakt, in de luchtwegen van de longen.
De studie, geleid door wetenschappers van het Eli en Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research aan de UCLA en gepubliceerd in Cell Stem Cell, zal onderzoekers helpen de risico’s van COVID-19 voor rokers beter te begrijpen en zou de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën voor helpen bij het verminderen van de kans op het ontwikkelen van een ernstige ziekte bij rokers.
Het roken van sigaretten is een van de meest voorkomende oorzaken van longziekten, waaronder longkanker en chronische obstructieve longziekte, en de meeste demografische onderzoeken van COVID-19-patiënten hebben aangetoond dat huidige rokers een verhoogd risico lopen op ernstige infectie en overlijden. Maar de redenen waarom zijn niet helemaal duidelijk.
Om te helpen begrijpen hoe roken SARS-CoV-2-infectie beïnvloedt op cellulair en moleculair niveau, werkte Dr.Brigitte Gomperts samen met co-senior auteurs Vaithilingaraja Arumugaswami, een universitair hoofddocent moleculaire en medische farmacologie, en Kathrin Plath, een professor in biologische chemie , om na te bootsen wat er gebeurt als de luchtwegen van een huidige roker zijn geïnfecteerd met SARS-CoV-2.
Het team maakte gebruik van een platform dat bekend staat als een lucht-vloeistof-interfacecultuur, die is gekweekt uit menselijke luchtwegstamcellen en die nauw aansluit bij hoe de luchtwegen zich gedragen en functioneren bij mensen. De luchtwegen, die lucht van de neus en mond naar de longen vervoeren, vormen de eerste verdedigingslinie van het lichaam tegen ziekteverwekkers in de lucht, zoals virussen, bacteriën en rook.
“Ons model repliceert het bovenste deel van de luchtwegen, de eerste plaats waar het virus toeslaat”, zegt Gomperts, professor longgeneeskunde en lid van het UCLA Jonsson Comprehensive Cancer Center. “Dit is het deel dat slijm produceert om virussen, bacteriën en gifstoffen op te vangen en dat cellen bevat met vingervormige uitsteeksels die dat slijm omhoog en uit het lichaam slaan.”
De lucht-vloeistof-interface-culturen die in het onderzoek werden gebruikt, werden gekweekt uit stamcellen van de luchtwegen die uit de longen van vijf jonge, gezonde, niet-rokende weefseldonoren werden gehaald. Om de effecten van roken na te bootsen, stelden de onderzoekers deze luchtwegculturen gedurende vier dagen drie minuten per dag bloot aan sigarettenrook.
“Dit type model wordt al meer dan een decennium gebruikt om longaandoeningen te bestuderen en er is aangetoond dat het de veranderingen in de luchtwegen nabootst die je zou zien bij iemand die momenteel rookt”, zegt Gomperts, die ook vicevoorzitter is van onderzoek in pediatrische hematologie-oncologie aan het UCLA Children’s Discovery and Innovation Institute.
Vervolgens infecteerde de groep de culturen die waren blootgesteld aan sigarettenrook – samen met identieke culturen die niet waren blootgesteld – met levend SARS-CoV-2-virus en werden de twee groepen vergeleken. In de modellen die aan rook waren blootgesteld, zagen de onderzoekers tussen de twee en drie keer meer geïnfecteerde cellen.
Door verder te graven, stelden de onderzoekers vast dat roken resulteerde in een ernstigere SARS-CoV-2-infectie, althans gedeeltelijk, door de activiteit van de boodschapper-eiwitten van het immuunsysteem, interferonen genaamd, te blokkeren. Interferonen spelen een cruciale rol in de vroege immuunrespons van het lichaam door geïnfecteerde cellen te triggeren om eiwitten te produceren om het virus aan te vallen, extra ondersteuning van het immuunsysteem op te roepen en niet-geïnfecteerde cellen te waarschuwen om zich voor te bereiden om het virus te bestrijden. Van sigarettenrook is bekend dat het de interferonrespons in de luchtwegen vermindert.
“Als je aan de luchtwegen denkt als de hoge muren die een kasteel beschermen, is het roken van sigaretten als het maken van gaten in deze muren”, zei Gomperts. “Roken vermindert de natuurlijke afweer en daardoor kan het virus binnendringen.”
links