โควิด-19 มักนำไปสู่อาการทางระบบประสาท เช่น สูญเสียรสชาติหรือกลิ่น หรือความบกพร่องทางสติปัญญา (รวมถึงความจำเสื่อมและสมาธิลำบาก) ทั้งในระยะเฉียบพลันของโรคและในระยะยาวที่มีอาการ “โควิด-19” แต่ก่อนหน้านี้ไม่ทราบวิธีที่การติดเชื้อไปถึงสมอง นักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน Institut Pasteur และห้องปฏิบัติการของ CNRS ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดที่ล้ำสมัยเพื่อแสดงให้เห็นว่า SARS-CoV-2 จี้ท่อนาโน ซึ่งเป็นสะพานเล็กๆ ที่เชื่อมโยงเซลล์ที่ติดเชื้อกับเซลล์ประสาท ไวรัสจึงสามารถเจาะเซลล์ประสาทได้แม้ว่าจะขาดตัวรับ ACE2 ที่ไวรัสมักจะจับเมื่อติดเชื้อในเซลล์ การศึกษาได้รับการตีพิมพ์ใน Science Advances เมื่อวันที่ 20 กรกฎาคม
SARS-CoV-2 เข้าสู่เซลล์สมองได้อย่างไร? การศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ใน Science Advances แสดงให้เห็นว่าไวรัสใช้ท่อนาโนที่ก่อตัวขึ้นระหว่างเซลล์ที่ติดเชื้อและเซลล์ประสาทเพื่อเข้าถึงเซลล์ประสาท โครงสร้างไดนามิกชั่วคราวเหล่านี้เป็นผลมาจากการรวมตัวของเมมเบรนในเซลล์ที่อยู่ห่างไกล ทำให้สามารถแลกเปลี่ยนวัสดุเซลล์ได้โดยไม่ต้องใช้ตัวรับเมมเบรน ซึ่งเป็นวิธีปกติในการเข้าและออกจากไซโตพลาสซึม หน่วยจราจรเมมเบรนและกลไกการก่อโรค นำโดย Chiara Zurzolo ที่ Institut Pasteur ได้ค้นพบแล้วว่าท่อนาโนมีบทบาทในโรคเสื่อมเช่นอัลไซเมอร์และพาร์กินสันโดยอำนวยความสะดวกในการขนส่งโปรตีนที่รับผิดชอบต่อโรคเหล่านี้
การติดเชื้อของเซลล์ประสาทในกรณีที่ไม่มีตัวรับ
แม้ว่าตัวรับเซลล์ของมนุษย์ ACE2 จะทำหน้าที่เป็นเกตเวย์สำหรับ SARS-CoV-2 เพื่อเข้าสู่เซลล์ปอด ซึ่งเป็นเป้าหมายหลักของไวรัส และเซลล์ในเยื่อบุผิวรับกลิ่นจะไม่แสดงออกโดยเซลล์ประสาท แต่พบสารพันธุกรรมของไวรัสในสมองของผู้ป่วยบางราย ซึ่งอธิบายถึงอาการทางระบบประสาทที่บ่งบอกถึงลักษณะอาการของโควิดแบบเฉียบพลันหรือระยะยาว ก่อนหน้านี้มีการแนะนำให้ใช้เยื่อเมือกในการรับกลิ่นเป็นเส้นทางไปยังระบบประสาทส่วนกลาง แต่ไม่ได้อธิบายว่าไวรัสสามารถเข้าสู่เซลล์ประสาทได้อย่างไร
จากการศึกษาใหม่นี้ SARS-CoV-2 ยังคิดว่าสามารถกระตุ้นการสร้างท่อนาโนระหว่างเซลล์ที่ติดเชื้อและเซลล์ประสาท เช่นเดียวกับในเซลล์ประสาท ซึ่งจะอธิบายว่าสมองติดเชื้อจากเยื่อบุผิวอย่างไร ทีมวิจัยได้เปิดเผยอนุภาคไวรัสหลายตัวที่อยู่ภายในและบนพื้นผิวของท่อนาโน เนื่องจากไวรัสแพร่กระจายอย่างรวดเร็วและโดยตรงจากภายในท่อนาโนมากกว่าการออกจากเซลล์หนึ่งเพื่อย้ายไปยังเซลล์ถัดไปผ่านตัวรับ ดังนั้นรูปแบบการแพร่เชื้อนี้จึงมีส่วนช่วยในความสามารถในการติดเชื้อของ SARS-CoV-2 และแพร่กระจายไปยังเซลล์ประสาท
แต่ไวรัสยังเคลื่อนที่บนพื้นผิวภายนอกของท่อนาโน ซึ่งสามารถนำทางไปยังเซลล์ที่แสดงตัวรับที่เข้ากันได้เร็วขึ้น Chiara Zurzolo หัวหน้าหน่วย Membrane Traffic and Pathogenesis ของ Institut Pasteur กล่าวว่า “สามารถมองเห็นท่อนาโนเป็นอุโมงค์ที่มีถนนอยู่ด้านบน” ซึ่งช่วยให้เกิดการติดเชื้อของเซลล์ที่ไม่อนุญาตเช่นเซลล์ประสาท แต่ยังช่วยให้การแพร่กระจายของการติดเชื้อระหว่างเซลล์ที่ได้รับอนุญาต ”
วิธีการสร้างภาพที่ล้ำสมัยด้วยกล้องจุลทรรศน์ Titan Krio
เอกสารนี้รวมการวิจัยเกี่ยวกับ การเพาะ เลี้ยงในหลอดทดลอง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเซลล์ประสาทที่แข็งแรงจะติดเชื้อได้หากสัมผัสกับเซลล์ที่ติดเชื้อ โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ที่ทันสมัย กล้องจุลทรรศน์ Titan Krios ใน NanoImaging Core Facility ของ Institut Pasteur นำเสนอความละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อนของตัวอย่างทางชีววิทยาและโมเลกุลนาโนที่ใกล้เคียงกับสภาพทางชีววิทยาจริงมากที่สุด “ด้วยเครื่องมือนี้ แนวทางการถ่ายภาพแบบใหม่ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อประเมินโครงสร้างของ SARS-CoV-2 และสถาปัตยกรรมของท่อนาโน” Anna Pepe จาก Institut Pasteur’s Membrane Traffic and Pathogenesis Unit ผู้เขียนคนแรกของการศึกษากล่าว
ทีมวิจัยได้ใช้วิธีการตรวจสอบที่แม่นยำเพื่อตรวจจับโครงสร้างในท่อนาโนซึ่งต่อมาถูกระบุว่าเป็น “โรงงานผลิตไวรัส” โดยร่วมมือกับสถาบัน Ultrastructural BioImaging Core Facility ของ Institut Pasteur ท่อนาโนระหว่างเซลล์ประสาทแสดงถึงสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนา SARS-CoV-2 เนื่องจากระบบภูมิคุ้มกันมองไม่เห็น Chiara Zurzolo เชื่อว่า “มันอาจจะเป็นตัวแทนของกลไกสำหรับการหลีกเลี่ยงภูมิคุ้มกันและการคงอยู่ของไวรัสที่อาจเป็นประโยชน์ต่อไวรัส”
การศึกษานี้เป็นตัวอย่างของการวิจัยสหวิทยาการขั้นพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับนักชีววิทยาระดับเซลล์ นักไวรัสวิทยา และเทคนิคการถ่ายภาพที่ล้ำสมัย สามารถนำไปสู่การค้นพบใหม่ได้อย่างไร เป็นการปูทางสำหรับการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับบทบาทของการสื่อสารระหว่างเซลล์กับเซลล์ในการแพร่กระจายของ SARS-CoV-2 นอกจากนี้ยังสนับสนุนการสำรวจแนวทางการรักษาทางเลือกเพื่อขัดขวางการแพร่กระจายของ SARS-CoV-2 ควบคู่ไปกับโครงการปัจจุบันที่เน้นไปที่การปิดกั้นการเข้าผ่านตัวรับ ACE2 เป็นหลัก
แหล่งที่มา
ท่อนาโนอุโมงค์เป็นเส้นทางสำหรับการแพร่กระจาย SARS-CoV-2, Science Advances , 20 กรกฎาคม 2022
Anna Pepe 1 , Stefano Pietropaoli 2,4 , Matthijn Vos 3 , Giovanna Barba-Spaeth 2 , Chiara Zurzolo 1*
1 Unité de Trafic Membranaire et Pathogénèse, Département de Biologie Cellulaire et Infection, Institut Pasteur, CNRS UMR153691
2 Institut Pasteur, Université de Paris, Unité de Virologie Structurale, CNRS UMR 3569 Département de Virologie, 28 rue du Docteur Roux, 75015, ปารีส, ฝรั่งเศส
3 Plateforme Technologique Nanoimagerie Institut Pasteur, 25 rue du Docteur Roux, 75015, ปารีส, ฝรั่งเศส
4 Catalent Pharma Solutions, Strada Provinciale 12 Casilina, 41, 03012, Anagni, Frosinone
*ผู้เขียนที่สอดคล้องกัน
