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スイスの大学、人工肺でコロナの血栓研究

X線写真
新型コロナウイルス感染症疑いの患者の肺を写したX線写真。2020年3月24日 Keystone / Stephanie Lecocq

連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究者たちが、新型コロナウイルス感染症が特定の患者に血栓を引き起こすプロセスを詳しく調べるため、マイクロチップ型の人工肺を開発した。

最近の研究では、新型コロナウイルス感染症(COVID-19)で入院した患者の約10%に血栓が生じることが分かっているが、詳しい原因ははっきりしていない。深刻なケースでは、血栓が脳卒中を引き起こす可能性もある。

この現象とCOVID-19に関連する他の感染症を詳しく調べるため、EPFLの研究者たちは人間の肺をモデル化し、構造の一部を複製したマイクロ流体チップを開発した。

このチップには肺の上皮細胞、血管細胞、免疫系細胞があり、ウイルスがどのようにヒトの細胞を攻撃し、血栓の形成を引き起こすかを直接観察できるという。

研究チームは、ウイルスが血栓形成を引き起こすとき、2つのメカニズムが発生している可能性を指摘する。1つは、免疫細胞に命令を伝達するためのたんぱく質、サイトカインが過剰生産される「サイトカインストーム」現象だ。これが血管損傷や血栓形成を引き起こし、死に至ることもある。

もう1つは、肺の血管の内層(または内皮)が傷つけられるという可能性だ。肺にはこのような組織が多く、これが損傷すると血液が凝固しやすくなり、血栓形成につながりやすいという。

「肺チップ」

EPFLの研究チームは、新型コロナウイルスが肺に与える攻撃の個々のプロセスをモデル化するため、マイクロチップ型の人工肺デバイスを開発・改良した。このデバイスには、チップ上の細胞に栄養素を供給するマイクロ流体チャネルが流れ、これにより肺の一部がチップ上で再現されるーという仕組みだ。

チップの内部には、肺を覆う上皮細胞の層と、血管の内表面を構成する内皮細胞の層がある。2つの層は膜で分離されている。

実験では、新型コロナウイルスがこのデバイスに侵入すると自然感染の場合と同様、最初に上皮細胞の外層を攻撃した。研究チームは、ウイルスが1日以内に内皮細胞の内層に到達し、その後数日で深刻な損傷を引き起こしたことを突き止めた。

博士課程のヴィヴェク・タッカー研究員は「内皮を破壊し、血管内の血液を空気にさらすのに十分な損傷が認められ、これにより血栓形成を引き起こした」とし 「私たちの『肺チップ』によって、ウイルスが内皮を直接攻撃することで血栓を引き起こす可能性があることが分かった。だがそれは、サイトカインが関与せず、事態を悪化させない―ということを意味するものではない」と述べた。

研究チームは今後、実際の血液サンプルを使って血栓形成の過程をより詳しく調べる予定だ。

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