SARS-CoV-2, 인플루엔자 및 RSV와 같은 호흡기 바이러스의 경우 비강은 감염의 교두보 역할을 하며 신체의 최전방 방어선에 부딪친다.

재채기 구역에 바이러스가 침투하는 방법을 정확히 파악하면 비강 스프레이 백신 및 기타 치료법을 개발하는 데 도움이 될 수 있다. 그리고 그러한 치료법에 대한 필요성은 절실하다. 호흡기 바이러스는 세계에서 질병의 가장 흔한 원인이며 막대한 질병 부담을 안고 있다.

이제 셀 저널에 발표된 스탠포드와 UC-샌프란시스코의 새로운 연구는 코로나19를 유발하는 바이러스에 대한 이러한 침입 경로를 매핑했다. 팀은 그들의 발견이 노출 후 바이러스 침입을 막고 질병과 확산을 억제하는 데 도움이 될 수 있는 "사후" 스프레이를 개발하는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있다고 믿는다.

스탠포드의 병리학, 미생물학 및 면역학 교수이자 이 연구의 공동 선임 저자인 Peter Jackson은 "우리의 상기도는 폐 감염뿐만 아니라 다른 사람에게 전염되는 발판이다."라고 말했다.

비강은 복잡하고 세포 배열로 가득 차 있으며 미생물로 가득 차 있다. 뮤신 단백질은 침입하는 미생물에 대한 울타리를 형성하고 천천히 움직이는 점액 컨베이어 벨트는 갇힌 병원균을 쓸어내어 귀중한 폐를 보호한다.

UCSF의 미생물학 및 면역학 교수인 공동 선임 저자인 Jackson, 스탠포드의 Chien-ting Wu와 Ran Cheng, UCSF의 Peter Lidsky와 Yinghong Xiao는 특정 유형의 비강 세포에 관심을 집중했다: 다섬 세포.

구체적으로, 그들은 섬모와 미세 융모라는 두 가지 중요한 구조에 초점을 맞췄다.

섬모는 정원 뱀장어처럼 세포의 외부 표면에서 튀어나온다. 스탠포드에 따르면 단일 비강 상피 세포는 점액층을 통해 이러한 부속 기관 중 400개까지 확장할 수 있으며, 모두 리드미컬하게 박동하여 비강을 따라 점액을 폐에서 멀리 밀어낸다.

Microvilli는 다양한 세포 조각을 잡고 이동할 수 있는 작은 손가락과 같은 더 작은 돌출부이다.

연구원들은 이 두 구조가 SARS-CoV-2 침입의 핵심임을 발견했다.

임무: 감염: 연구자들은 실험실에서 비강 통로를 시뮬레이션하기 위해 오가노이드라고 하는 세포의 복잡한 배양물을 사용했다. (여기에는 섬모, 미세 융모, 점액-점액층 및 기타 중요한 구조가 포함되어 있지만 혈류나 면역 세포는 없다. 매우 좋은 모델이지만 완벽하지는 않다.)

이 세포를 SARS-CoV-2에 노출시키고 다양한 형태의 현미경과 염색을 사용함으로써 팀은 SARS-CoV-2가 어떻게 세포에 침투하여 내부에서 복제하고 탈출하여 감염을 계속하는지 알아낼 수 있었다.

그들은 섬모가 있는 세포만 감염된다는 것을 발견했다. 바이러스는 처음에 가장 좋아하는 표적인 ACE2에 부착하여 섬모에 빛을 발했다.

일단 섬모에 도달하면 바이러스는 이를 사용하여 점액-점액 장벽을 지나 세포로 들어간다. Jackson은 섬모를 ACE2에서 ACE2로 뛰어내리거나 섬모 자체에 들어가서 "화물 엘리베이터"처럼 타고 내려가는 두 가지 다른 방법으로 이를 수행할 수 있다고 이론화한다.

어느 쪽이든 최종 결과는 동일하다: 감염.

"바이러스가 그 장벽을 통과하면 기본 세포에서 자유롭게 복제할 수 있다."라고 Jackson은 말했다.

일단 안으로 들어가면 바이러스는 미세 융모를 끝까지 비틀어 버린다. 그것은 섬모 크기의 절반 미만에서 잠재적으로 우뚝 솟을 때까지 더 커지고 가지를 만든다. 바이러스 입자는 점액 컨베이어 벨트를 타고 새로운 희생자에게 가는 점프 오프 포인트로 미세 융모를 사용한다.

그리고 그들은 바이러스가 진정으로 자리를 잡는데 약 48시간이 걸린다는 것을 알게 되었다.

경계 유지: 바이러스가 어떻게 유입되는지 알면 연구원이 바이러스를 막을 수 있는 더 많은 방법을 얻을 수 있다.

연구팀은 세포 내부에서 미세 융모를 돌연변이시키는 데 중요한 효소를 찾을 수 있었다. 이러한 효소를 억제하면 잠재적인 치료 대상인 바이러스의 확산이 크게 감소했다.

"코로나19 바이러스가 기도로 들어가 확장되는 방식을 연구함으로써 우리는 바이러스가 당신의 몸에 들어가 나쁜 결과를 초래하는 것뿐만 아니라 그 전파를 표적으로 삼고 차단하는 데 사용할 수 있는 핵심 분자를 찾을 수 있었다. 사람들이 보는 사망률과 같지만 다른 사람들에게 바이러스가 퍼지는 것을 차단할 것이다.”라고 Jackson은 샌프란시스코의 KRON에 말했다.

일시적으로 햄스트링 섬모 운동을 하는 방법을 알아내는 것도 바이러스의 행진을 늦추는 데 도움이 될 수 있다(단점도 있겠지만).

미래의 치료법은 면역 체계가 작동하는 동안 바이러스를 억제하기 위해 노출이 의심되는 후에 사용되는 "사후" 치료와 유사한 비강 스프레이가 될 수 있다.

"만약 당신이 붐비는 어딘가에 있다면, 어떤 사람들이 열이 있다는 것을 알았다면, 어떤 사람들이 '내가 감염된 것 같아요'라고 말하는 것을 알았다면, 누군가가 고열에 걸렸는데 당신이 바이러스에 감염될까봐 정말로 두렵다면, 그렇다면 그것을 사용하기에 적절한 시간이 될 것이다.”라고 Jackson은 KRON에 말했다.

이 기술은 다른 호흡기 바이러스, 아마도 새로운 바이러스에도 적용될 수 있다. 연구팀은 RSV와 파라인플루엔자 바이러스로 세포를 감염시켰을 때 비슷한 결과를 얻었는데, 이는 섬모 및/또는 미세 융모를 표적으로 하는 치료법이 잠재적인 유행성 속도 충돌이 될 수 있음을 의미한다.