מחקר זה ביסס מודל עכברי של פגיעה ריאתית הקשורה ל-COVID-19 באמצעות חדרת SARS-CoV-2 ו-LPS דרך הנחיריים. התוצאות הדגימו כי מתן משולב של SARS-CoV-2 ו-LPS דרך הנחיריים משרה תגובה דלקתית חזקה הנלווית לדיכוי של אותיות IFN-I. עכברים בקבוצת המודל הראו ירידה משמעותית במשקל הגוף ועלייה במדד הריאה, המעידים על כשש מערכתי ופגיעה ריאתית מחמירה. צביעת HE אישרה עוד כי קבוצת המודל הראתה פגיעה ריאתית דיפוזית טיפוסית, המאופיינת בשיבוש של ארכיטקטורת הנאדירים ובחדירה נרחבת של תאי דלקת. בנוסף, בהשוואה לקבוצת הביקורת, רקמות ריאה מקבוצת המודל הראו ביטוי מוגבר משמעותית של ציטוקינים פרו-דלקתיים מרכזיים, כולל IL-6, IL-1β ו-TNF-α, בעוד שהרמות של IFN-α ו-IFN-β היו נמוכות באופן ניכר. ממצאים אלו מצביעים על מצב של חוסר איזון חיסוני המאופיין בהפעלה מוגברת של תגובות פרו-דלקתיות הנלווית לחסינות אנטי-ויראלית מדוקקת, מה שתומך בערכו הפוטנציאלי של מודל זה בשחזור המאפיינים האימונו-פתולוגיים של המחלה.
זיהום ב-SARS-CoV-2 נחשב לגורם מניע מרכזי בהתפתחות של נזק לאיברים הקשור ל-COVID-1926,27. במחקר זה, נגמר עומס ויראלי גבוה ברקמות הריאה של עכברי מודל, בליווי פגיעה ריאתית דיפוזית בולטת וחדירה של תאי דלקת, דבר המצביע על כך שזיהום ויראלי עשוי להיות טריגר מרכזי לתגובה הדלקתית הריאתית. בדומה לדיווחים קודמים, זיהום ב-SARS-CoV-2 יכול להשרות שינויים פתולוגיים ריאתיים והפעלה חיסונית28; עם זאת, מודלים קונבנציונליים של זיהום ב-SARS-CoV-2 בעכברים מראים לעיתים קרובות תגובות דלקתיות מוגבלות ועשויים שלא לשחזר באופן מלא את הפנוטיפ ההיפר-דלקתי שנצפה בחולי COVID-1918,19,20. לכן, ייתכן שיידרש גירוי חיסוני מולד נוסף כדי לחקור טוב יותר את המנגנונים העומדים בבסיס הפרת הוויסות האימונו-דלקתית הקשורה למחלה. LPS, מפעיל פרוטוטיפי של חיסון מולד, נקשר לקולטן דמוי Toll 4 (TLR4) ומפעיל מסלולי איתות התלויים ב-MyD88 וב-TRIF, ובכך מפעיל תוכניות שעתוק דלקתיות מרכזיות כגון NF-κB ומשרה ביטוי של ציטוקינים פרו-דלקתיים מרובים29. מחקרים קודמים הראו גם שגירוי ב-LPS, לבדו או בשילוב עם רכיבים הקשורים ל-SARS-CoV-2, יכול להגביר תגובות דלקתיות ולתרום לפנוטיפים הדומים לנזק ריאתי חריף, מה שמספק את הרציונל לשילוב LPS כגירוי דלקתי במחקרים הקשורים ל-COVID-1930,31,32. במחקר הנוכחי, נצפו רמות גבוהות משמעותית של IL-6, IL-1β ו-TNF-α ברקמות הריאה של קבוצת המודל, מה שמרמז על כך ש-LPS פועל כמגביר דלקתי בהקשר של זיהום ב-SARS-CoV-2 ולא רק מייצג זיהום חיידקי נלווה. בהשוואה למודלים דלקתיים של LPS בלבד, שבהם חסר הרקע של הזיהום הוויראלי, המודל המשולב שהוקם במחקר זה משלב שינויים חיסוניים המושרים על ידי SARS-CoV-2 עם הפעלה דלקתית המתווכת על ידי LPS, ובכך מספק פלטפורמה מקיפה יותר לחקר נזק ריאתי הקשור ל-COVID-19.
מולקולות IFN-I הן מולקולות אפקטור מרכזיות של החסינות האנטי-ויראלית של המארח, והן מממשות תפקודי אנטי-ויראליים רחבים על ידי השראה של מגוון רחב של גנים המופעלים על ידי אינטרפרון (ISGs)33. עם זאת, הוכח כי SARS-CoV-2 מעכב את סיגנל ה-IFN-I באמצעות מספר מנגנונים, הכוללים הפרעה להעברת אותות המתווכת על ידי קולטני זיהוי תבניות (PRR), דיכוי של הפעלת גורם ויסות אינטרפרון (IRF), וחסימה של סיגנל JAK-STAT במורד המסלול, ובכך פוגע במגננות האנטי-ויראליות של המארח14,34. במחקר זה, נצפו רמות מופחתות משמעותית של IFN-α ו-IFN-β ברקמות הריאה של קבוצת המודל, מה שמעיד כי תחת ההשפעות הסינרגטיות של זיהום ויראלי וגירוי LPS, המארח הפגין לא רק הפעלה דלקתית מוגברת אלא גם דיכוי נלווה של החסינות האנטי-ויראלית. הפרה חיסונית זו נחשבת לאחד מסימני ההיכר האימונולוגיים המרכזיים בהתפתחות ובהתקדמות של COVID-198. לכן, המודל הנוכחי משחזר באופן חלקי תהליך פתולוגי מורכב זה, ומספק כלי ניסויי בעל ערך לחקירה נוספת של הפרה חיסונית הקשורה ל-COVID-19 ולפיתוח התערבויות טיפוליות רלוונטיות.
מודל העכברים ל-COVID-19 שהוקם במחקר זה, המבוסס על מתן משולב של SARS-CoV-2 ו-LPS, מסוגל לשחזר מאפייני מפתח של הפתולוגיה של המחלה, כולל רמות גבוהות של ציטוקינים פרו-דלקתיים ודיכוי של סיגנל IFN-I, ובכך הוא מדמה באופן חלקי את חוסר האיזון החיסוני הנצפה בפגיעה ריאתית הקשורה ל-COVID-19. בהשוואה למודלים של זיהום נגיפי בודד, גישה משולבת זו משלבת גירוי חיצוני של מערכת החיסון המולדת כדי להגביר תגובות דלקתיות הרלוונטיות למחלה, ובכך היא מאפשרת לחקור תהליכים פתולוגיים הקשורים לדלקת מופרזת ולחסינות אנטי-ויראלית לקויה. בהתאם לכך, מודל זה עשוי להיות בעל ערך להערכת אסטרטגיות מועמדות אנטי-דלקתיות, אימונו-מודולטוריות ואסטרטגיות לתיקון הריאה in vivo, ובמיוחד כאלה המכוונות להפרעות בוויסות החיסוני ולא רק לשכפול נגיפי בלבד.
עם זאת, יש להכיר במספר מגבלות של מחקר זה. ראשית, LPS משרה דלקת בעיקר באמצעות הפעלת TLR4, דבר שאינו משקף באופן מלא את האינטראקציות המורכבות בין הווירוס למארח ב-COVID-19 קליני ועשוי לשנות את התגובה הדלקתית. שנית, למרות שבוצעו ניסויי השוואה עם קבוצות של SARS-CoV-2 בלבד ו-LPS בלבד במהלך שלב האופטימיזציה המוקדם, נתונים אלו אינם כלולים בכתב היד. מחקרים עתידיים יעריכו יותר להעמיק את ההשפעות האינדיבידואליות והמשולבות של SARS-CoV-2 ו-LPS כדי להגדיר טוב יותר את התרומה של כל רכיב. שלישית, מודל זה תוכנן לשחזר מאפיינים אימונופתולוגיים מרכזיים של פגיעה ריאתית הקשורה ל-COVID-19, ובמיוחד דייסרגולציה אימונו-דלקתית, ולא את המהלך הטבעי המלא של זיהום ב-SARS-CoV-2. לבסוף, למרות שמינון ה-SARS-CoV-2 וריכוז ה-LPS נקבעו על בסיס ניסויי אופטימיזציה מקדימים, וריאציות בזני עכברים, בווריאנטים ויראליים, בשיטות בדיקה ובמצבים ניסיוניים עשויות להשפיע על השחזור של המודל ודורשות תיקוף נוסף בסביבות מחקר שונות. תחת תנאי האופטימיזציה המתוארים בפרוטוקול זה, שיעור ההצלחה הכללי בהקמת המודל היה כ-90%; עם זאת, שיעור זה עשוי להשתנות בין הגדרות ניסיוניות שונות. מחקרים עתידיים יוכלו לייעל עוד יותר מודל זה על ידי שילוב של וריאנטים שונים של SARS-CoV-2, זני עכברים שעברו שינוי גנטי, או גישות מתקדמות לאפיון חיסוני, כגון ניתוח טרנסקריפטומי של תא בודד, כדי לאפיין טוב יותר את האינטראקציות בין הווירוס למארח ולזהות מטרות טיפוליות. מאמצים אלו עשויים לשפר עוד יותר את הרלוונטיות הטרנסלציונלית של מודל זה למחקר COVID-19.