行为与健康

加州大学洛杉矶分校研究人员使用干细胞治疗新型冠状肺炎

08/20/2020

有超过230余个针对新型冠状肺炎的研究项目正在进行中,其中包括由加州大学洛杉矶分校(UCLA)布罗德干细胞研究中心(Broad Stem Cell research Center)成员领导的项目。

面对新型冠状肺炎的肆虐,加州大学洛杉矶分校的研究人员奋起应对,调动专业技能,寻找创造性方法,以减少病毒的传播,拯救生命。在利用他们研究其他疾病和生物过程中获得的“数年甚至数十年”的知识与经验,他们中的许多人已经将注意力转移到新型冠状病毒上,通过跨学科合作,努力开发新的诊断测试、治疗方法和疫苗。

加州大学洛杉矶分校有超过230个研究项目,包括由来自Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research at UCLA布罗德干细胞研究中心成员的成员们,都在为这一使命而努力着。

“因为疫情的爆发,校园内的每个人都致力于应用自己擅长的专业的知识寻找解决方法”, 加州大学洛杉矶分校大卫格芬儿童血液肿瘤科副主席,兼加州大学洛杉矶分校儿童探索与创新机构成员Dr. Brigitte Gomperts如此说道到,“许多同事都把他们的实验室进行改造,只为专门研究病毒。能够看到所有人都在为一件事而努力是十分少见的,大家目标一致共同解决问题,真的很鼓舞人心。”

以下是加州大学洛杉矶分校的研究人员们利用干细胞进行研究的五个项目。干细胞具备自我复制并产生所有类型的细胞的功能,因此被选做应对新型冠状肺炎。

使用肺类器官模型来测试潜在的治疗方法

Dr. Brigitte Gomperts

加州大学洛杉矶分校布罗德干细胞研究中心

Dr. Brigitte Gomperts

Gomperts教授数年来一直研究与完善干细胞衍生的三维肺器官的制造方法。目前,她正在使用这些类器官来研究导致新冠肺炎的SARS-CoV-2病毒是如何影响肺组织的,以快速筛选数千种潜在的治疗方法。由于类器官是从人体细胞中培养出来的,反映了肺的细胞类型和结构,它们可以为了解病毒如何感染和损害器官提供前所未有的见解。

Gomperts教授与加州大学洛杉矶分校的同事病毒学家Vaithilingaraja Arumugaswami,以及分子筛选专家Robert Damoiseaux合作。他们的目标是找到现有的治疗方法,减少肺部感染的传播和相关损伤。

Gomperts教授说:“ 我们从已经在人体上测试过的药物开始,因为我们的目标是尽快找到治疗新型冠状肺炎的的疗法。”

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癌症疗法再利用

格芬医学院分子和医学药理学副教授Vaithilingaraja Arumugaswami

加州大学洛杉矶分校布罗德干细胞研究中心

Vaithi Arumugaswami

除了与Gomperts教授的合作之外,Arumugaswami和Damoiseaux在筛选了430种候选药物后发现癌症药物Berzosertib可能是新型冠状肺炎的潜在治疗方法之一。这种药物目前正在进行治疗癌症的临床试验中,即通过阻止实体癌症和SARS-CoV-2病毒的DNA修复过程而发挥作用。加州大学洛杉矶分校的研究人员发现,这种药物在限制病毒复制和细胞死亡方面非常有效。

Arumugaswami教授提到:“临床试验表明Berzosertib可以阻断癌细胞的DNA修复通路,但对正常健康细胞没有影响。”

现在,Arumugaswami教授和他的助手Gustavo Garcia Jr.正在测试Berzosertib和其他药物组合对Gomperts实验室开发的肺器官和感染SARS-CoV-2的干细胞心脏细胞的作用。他们猜测,如果在确诊后不久及时就使用这种药物,可能会限制感染的扩散,防止并发症的发生。

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研究免疫系统对病毒的反应

格芬医学院病理学、检验医学和儿科教授,布罗德干细胞研究中心联合主任Dr. Gay Crooks博士,以及格芬医学院血液肿瘤学助理教授克里斯托弗·塞特博士

布罗德干细胞研究中心

Dr. Gay Crooks教授与Dr. Christopher Seet教授

Crooks和Seet教授使用干细胞在实验室培养皿中模拟免疫细胞识别和对抗病毒的过程。为了做到这一点,他们利用部分SARS-CoV-2病毒感染健康捐献者的造血干细胞,诱导这些干细胞产生称为树突细胞的免疫细胞。树突状细胞吞噬病毒蛋白,将它们切成碎片,然后将这些碎片交给其他称为T细胞的免疫细胞来引发反应。

通过对这一过程的研究,Crooks教授和Seet教授希望能确定病毒激发最强的T细胞反应的部分。开发一种有效的SARS-CoV-2疫苗需要深入了解免疫系统是如何对病毒作出反应的,而这项工作是朝着这个方向迈出的重要一步,为研究人员和临床医生提供评估潜在疫苗的有效性的方法。

“当我们几年前开始开发这个项目时,并不知道它对研究病毒感染——任何病毒感染会如此有用,”Crooks教授说。“正是因为我们已经有了这些工具,才能够如此迅速地采取行动。”

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开发助剂帮助疫苗效果更持久

布罗德干细胞研究中心

Song Li

加州大学洛杉矶分校萨穆埃尔工程学院生物工程系主任和教授Song Li认为新型冠状病毒疫苗需要提供长效保护。但是疫苗预防感染的时间长短并不仅仅取决于疫苗本身。

人体依赖于一种叫做T记忆干细胞的长寿免疫细胞,这种细胞可以抵御人体以前遇到过的病毒和细菌等病原体。不幸的是,身体形成T记忆干细胞的能力随着年龄的增长而下降。因此,无论疫苗设计得有多好,对T记忆干细胞没有足够反应的老年人都不会得到长期保护。

为了解决这个问题,Li教授正在开发一种可注射的生物材料疫苗助剂,可以刺激T记忆干细胞的形成。该助剂由工程材料释放化学信使刺激T记忆干细胞的生产。当与最终的SARS-CoV-2疫苗结合时,它们将促使人体产生能够长期识别和消灭病毒的免疫细胞。

Li教授说:”我认为作为一名科学家和工程师,我有责任将科学发现转化为应用来帮助人们和社会。”

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开创一种现成的细胞疗法

加州大学洛杉矶分校微生物学,免疫学和分子遗传学副教授Lili Yang

布罗德干细胞研究中心

Lili Yang

不变性自然杀伤性T细胞, 简称iNKT细胞,是免疫系统的特殊力量。它们非常强大,能够立即识别并对许多不同的入侵者做出反应,包括感染或癌症。

Yang教授正在测试iNKT细胞是否会是治疗新冠肺炎的有效方法,因其杀死细胞的强大能力,以及通过提供免疫反应防止再度感染和抑制病毒引起的过度炎症,即该疾病致死的主要原因。

然而,问题是iNKT细胞极其稀少:一滴血含有大约1,000万个血细胞,但只含有约10个iNKT细胞。这就是Yang研究的切入点。在过去的几年里,她发现了一种从造血干细胞中产生大量iNKT细胞的方法。虽然这项研究的目的是创造一种治疗癌症的方法,但杨的实验室在过去几个月已经调整了工作,以测试iNKT细胞在对抗新冠肺炎方面的有效性。她和同事们一直在研究这些细胞是如何在SARS-CoV-2感染模型中对抗疾病的。SARS-CoV-2感染是由人的肾脏和肺细胞培养而来的。

“多年来,我的实验室一直在研发一种治疗癌症的iNKT细胞疗法,”Yang教授提到。这意味着大部分工作已经完成。我们正在这一疗法的基础上研究治疗新型冠状病毒的潜在疗法。”

以上项目都得到了加州干细胞机构——加州再生医学研究所(California Institute for Regenerative Medicine)的支持。

加州大学洛杉矶分校布罗德干细胞研究中心的创始主任Owen Witte博士说:“ 我们中心很荣幸能与加州再生医学研究所一起支持这些研究人员,帮助他们调整多年来开发的项目,以满足对新冠肺炎疗法和疫苗的迫切需求。”“这一时刻凸显了资助科学研究的重要性,有个这些科学研究做基础,我们就有能力迎接新挑战。”

Crooks教授, Gomperts教授, Seet教授和Yang加收都是加州大学洛杉矶分校琼森癌症中心的成员。Damoiseaux教授是一名分子和医学药理学教授,也是加州大学洛杉矶分校的加州纳米系统研究所分子共享资源中心的主任。

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