Descripción de la respuesta a péptidos derivados de la proteína s en un modelo de cultivo 3D de células susceptibles a SARS-CoV-2

Abstract

The coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic caused by SARS-CoV-2 has resulted in more than seven million deaths around worldwide. SARS-CoV-2 virus contains five structural proteins that interact with host receptors, such as ACE2 and InPeps, to facilitate viral entry, as well as sixteen non-structural proteins (NSPs) that contribute to evasión of host immune mechanisms. These relationships can trigger inflammatory responses that can be accompanied by innate epithelial immune responses. Pulmonary epithelial cells directly sense pathogens and respond defensively providing essential protective barriers. However, studying SARS-CoV-2 in pulmonary and extrapulmonary tissues have ethical and economic limitations. Therefore, three-dimensional (3D) cell culture models represent an efficient and reproducible alternative, as they better mimic tissue architecture and cell-cell-extracellular matrix interactions. Objective: Generate and describe morphogenic behavior and gene expression of 3D culture of pulmonary epithelial cells and colon cells after treatment with viral peptides. Methodology: 3D cultures were generated using hidrogel based techniques with polydimethylsiloxane molds and incubated at 37.5 °C and 5% CO2 for 7-14 days. Characterization of 3D cultures included histological analysis, extracellular DNA release quantification and metabolic activity assays. Only 3D biomimetic culture model pulmonary epithelial cells were used to analyze the inflammatory response induced by spike (S) proteinderived synthetic peptides derived from SARS-CoV-2 virus. Experimental groups: control without stimulation (C), stimulated with lipopolysaccharide (LPS), stimulated with peptides (PEP). The inflammatory response was assessed by qPCR of cytokines (IL-6 and IFN-β), chemokines (IL-8 and CCL-2), and markers related to inflammation (NF-κB1), signaling, and tissue maintenance (PCNA, Integrin-α, β-catenina, uPA and uPAR).

La pandemia de COVID-19, causada por el virus SARS-CoV-2, ha provocado más de 7 millones de muertes a nivel mundial. El virus SARS-CoV-2 posee 5 proteínas estructurales que interaccionan con receptores como ACE2 o InPeps del hospedero para ingresar a las células y 16 proteínas no estructurales (NSPs) que le permiten evadir la respuesta inmunológica. Estas interacciones pueden desencadenar una respuesta inflamatoria que pueden ir acompañadas de respuestas inmunitarias epiteliales innatas. Las células epiteliales pulmonares detectan directamente los patógenos y responden defensivamente, proporcionando barreras protectoras esenciales. Sin embargo, el estudio del virus en tejidos pulmonares y extrapulmonares tiene limitaciones éticas y costos elevados. Por ello, los modelos tridimensionales (3D) de cultivo celular representan una alternativa eficiente y reproducible, al imitar la arquitectura tisular y las interacciones célula-célula-matriz extracelular. Objetivo: generar y describir el comportamiento morfogenético y la expresión génica de cultivos 3D de células epiteliales pulmonares y células de colon después del tratamiento con péptidos virales. Metodología: los cultivos 3D se generaron utilizando la técnica en hidrogeles con moldes de polidimetilsiloxano (PDMS) e incubados a 37.5°C y 5% de CO2 durante 7-14 días. La caracterización de los cultivos 3D incluyó análisis histológicos, cuantificación de ADN liberado al medio y determinación de la actividad metabólica. Solo los cultivos biomiméticos 3D de células epiteliales pulmonares se utilizaron para analizar la respuesta inflamatoria inducida por péptidos sintéticos derivados de la proteína espiga (S) del virus SARS-CoV-2. Grupos experimentales: control sin estímulo (C), estimulados con lipopolisacárido (LPS) y estimulados con péptidos (PEP). La respuesta inflamatoria se determinó mediante qPCR de las citocinas (IL-6 e IFN-β), quimiocinas (IL-8 y CCL-2), marcadores asociados a inflamación (NF-kB1), señalización y mantenimiento tisular (PCNA, Integrin-α, β-catenina, uPA and uPAR).