Многие пациенты с COVID-19 сообщали о симптомах, влияющих на уши, включая потерю слуха и шум в ушах. Также могут возникнуть головокружение и проблемы с балансом, что свидетельствует о том, что вирус SARS-CoV-2 может инфицировать внутреннее ухо.
Новое исследование Массачусетского технологического института и Массачусетса доказывает, что вирус действительно может инфицировать клетки внутреннего уха, в том числе волосковые клетки, которые имеют решающее значение как для слуха, так и для равновесия. Исследователи также обнаружили, что характер инфекции, наблюдаемой в ткани внутреннего уха человека, соответствует симптомам, наблюдаемым в исследовании 10 пациентов с COVID-19, которые сообщили о различных симптомах, связанных с ухом.
Исследователи использовали новые клеточные модели внутреннего уха человека, которые они разработали, а также труднодоступные ткани внутреннего уха взрослого человека для своих исследований. Ограниченная доступность такой ткани препятствовала предыдущим исследованиям COVID-19 и других вирусов, которые могут вызывать потерю слуха.
«Получение моделей - это первый шаг, и эта работа теперь открывает путь для работы не только с SARS-CoV-2, но и с другими вирусами, влияющими на слух», - говорит Ли Герке, профессор Германа Л.Ф. фон Гельмгольца из Медицинского института Массачусетского технологического института. Инженерия и наука, которые были соавторами исследования.
Константина Станкович, бывший адъюнкт-профессор Гарвардской медицинской школы и бывший руководитель отделения отологии и невротологии Массачусетского института глаз и ушей, ныне профессор Фонда Бертарелли и заведующая кафедрой отоларингологии - хирургии головы и шеи Медицинской школы Стэнфордского университета. со-руководил исследованием. Минджин Чон, бывший постдок лаборатории Станковича в Гарвардской медицинской школе, а сейчас работает в Стэнфордской медицинской школе, является ведущим автором статьи, которая сегодня публикуется в журнале «Коммуникационная медицина» .
Модели ушной инфекции
До начала пандемии COVID-19 Герке и Станкович начали вместе работать над проектом по разработке клеточных моделей для изучения инфекций внутреннего уха человека. Такие вирусы, как цитомегаловирус, вирус паротита и вирусы гепатита, могут вызывать глухоту, но точно не известно, как именно они это делают.
В начале 2020 года, после появления вируса SARS-CoV-2, исследователи изменили свои планы. В Massachusetts Eye and Ear Станкович начал принимать пациентов с потерей слуха, шумом в ушах и головокружением, у которых был положительный результат теста на COVID-19. «В то время было очень неясно, было ли это причинно-следственной связью или случайным, потому что потеря слуха и шум в ушах очень распространены», - вспоминает она.
Она и Герке решили использовать модельную систему, над которой они работали, для изучения инфекции SARS-CoV-2. Они создали свои клеточные модели, взяв клетки кожи человека и превратив их в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки . Затем они смогли стимулировать эти клетки к дифференцировке в несколько типов клеток внутреннего уха: волосковые клетки, поддерживающие клетки, нервные волокна и шванновские клетки, которые изолируют нейроны.
Эти клетки могут быть выращены в виде плоского двухмерного слоя или организованы в трехмерные органоиды. Кроме того, исследователи смогли получить образцы труднодоступной ткани внутреннего уха у пациентов, перенесших операцию по поводу заболевания, вызывающего серьезные приступы головокружения, или опухоли, вызывающей потерю слуха и головокружение.
Как в образцах внутреннего уха человека, так и на клеточных моделях, полученных из стволовых клеток, исследователи обнаружили, что определенные типы клеток - волосковые клетки и шванновские клетки - экспрессируют белки, необходимые для проникновения вируса SARS-CoV-2 в клетки. . Эти белки включают рецептор ACE2, который находится на поверхности клеток, и два фермента, называемые фурином и трансмембранной протеазой серин 2, которые помогают вирусу сливаться с клеткой-хозяином.
Затем исследователи показали, что вирус действительно может инфицировать внутреннее ухо, в частности волосковые клетки и, в меньшей степени, шванновские клетки. Они обнаружили, что другие типы клеток в их моделях не были восприимчивы к инфекции SARS-CoV-2.
Волосковые клетки человека, которые изучали исследователи, были вестибулярными волосковыми клетками, которые участвуют в ощущении движения головы и поддержании баланса. Волосковые клетки улитки, которые участвуют в работе слуха, гораздо труднее получить или создать в клеточной модели. Однако исследователи показали, что волосковые клетки улитки мышей также содержат белки, которые позволяют проникать SARS-CoV-2.
Вирусная связь
Схема заражения, которую исследователи обнаружили в своих образцах тканей, похоже, соответствует симптомам, наблюдаемым в группе из 10 пациентов с COVID-19, которые сообщили о симптомах, связанных с ушами, после заражения. Девять из этих пациентов страдали от шума в ушах, шесть - головокружения, и все испытали легкую или глубокую потерю слуха.
Повреждение волосковых клеток улитки, которое может вызвать потерю слуха , обычно оценивается путем измерения отоакустической эмиссии - звуков, издаваемых сенсорными волосковыми клетками в ответ на слуховую стимуляцию. Из шести пациентов с COVID-19 в исследовании, которые прошли это тестирование, у всех была сниженная или отсутствующая отоакустическая эмиссия.
Хотя это исследование убедительно свидетельствует о том, что COVID-19 может вызывать проблемы со слухом и балансом, общий процент пациентов с COVID-19, у которых были проблемы с ушами, неизвестен.
«Изначально это было связано с тем, что рутинное тестирование было недоступно для пациентов с диагнозом COVID, а также, когда пациенты имели более опасные для жизни осложнения, они не обращали особого внимания на то, был ли их слух снижен или у них был шум в ушах. , - говорит Станкович. «Мы до сих пор не знаем, какова заболеваемость, но наши результаты действительно требуют повышенного внимания к аудиовестибулярным симптомам у людей, подвергшихся воздействию COVID».
Возможные пути проникновения вируса в уши включают евстахиеву трубу, которая соединяет нос со средним ухом. По словам Станкович, вирус также может выходить из носа через небольшие отверстия, окружающие обонятельные нервы. Это позволит ему проникнуть в пространство мозга и заразить черепные нервы, в том числе тот, который соединяется с внутренним ухом.
Теперь исследователи надеются использовать свои человеческие клеточные модели для тестирования возможных методов лечения инфекций внутреннего уха, вызванных SARS-CoV-2 и другими вирусами.