Specific features of the pathology of the respiratory system in SARS-CoV-2 (Coronaviridae: Coronavirinae: Betacoronavirus: Sarbecovirus) infected Syrian hamsters (Mesocricetus auratus)

Cover Image

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Verification of histological changes in respiratory system using Syrian (golden) hamsters (Mesocricetus auratus) as experimental model is an important task for preclinical studies of drugs intended for prevention and treatment of the novel coronavirus infection COVID-19.

The aim of this work was to study pathological changes of pulmonary tissue in SARS-CoV-2 (Coronaviridae: Coronavirinae: Betacoronavirus; Sarbecovirus) experimental infection in Syrian hamsters. Material and methods. Male Syrian hamsters weighting 80–100 g were infected by intranasal administration of culture SARS-CoV-2 at dose 4 × 104 TCID50/ml (TCID is tissue culture infectious dose). Animals were euthanatized on 3, 7 and 14 days after infection, with gravimetric registration. The viral load in lungs was measured using the polymerase chain reaction (PCR). Right lung and trachea tissues were stained with hematoxylin-eosin and according to Mallory.

Results and discussion. The highest viral replicative activity in lungs was determined 3 days after the infection. After 7 days, on a background of the decrease of the viral load in lungs, a pathologically significant increase of the organ’s gravimetric parameters was observed. Within 3 to 14 days post-infection, the lung histologic pattern had been showing the development of inflammation with a succession of infiltrative-proliferative, edematousmacrophagal and fibroblastic changes. It was found that initial changes in respiratory epithelium can proceed without paranecrotic interstitial inflammation, while in the formation of multiple lung parenchyma lesions, damage to the epithelium of bronchioles and acinar ducts can be secondary. The appearance of epithelioid large-cell metaplastic epithelium, forming pseudoacinar structures, was noted as a pathomorphological feature specific to SARS-CoV-2 infection in Syrian hamsters.

Conclusion. As a result of the study, the specific features of the pathology of the respiratory system in SARSCoV-2 infected Syrian hamsters were described. These findings are of practical importance as reference data that can be used for preclinical studies to assess the effectiveness of vaccines and potential drugs.

About the authors

S. V. Chepur

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-5324-512X

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

I. I. Alekseeva

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-0924-9158

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

O. O. Vladimirova

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-8703-6799

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

V. A. Myasnikov

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-7232-4678

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

M. A. Tyunin

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-6974-5583

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

N. S. Ilinskii

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0001-7406-753X

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

A. S. Nikishin

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: nikishin1664@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1372-369X

Aleksandr S. Nikishin, Researcher

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

V. A. Shevchenko

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-6984-2914

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

A. V. Smirnova

FSBI «State Research Testing Institute of Military Medicine» of the Ministry of Defense of the Russian Federation

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-0483-5032

195043, Saint Petersburg, Russia

Russian Federation

References

  1. Чепур С.В., Плужников Н.Н., Чубарь О.В., Бакулина Л.С., Литвиненко И.В., Макаров В.А., и др. Респираторные РНК-вирусы: как подготовиться к встрече с новыми пандемическими штаммами. Успехи соврем. биологии. 2020; 140(4): 359–77. https://doi.org/10.31857/S0042132420040043
  2. Bradley B.T., Maioli H., Johnston R., Chaudhry I., Fink S.L., Xu P.H., et al. Histopathology and ultrastructural findings of fatal COVID-19 infections in Washington State: a case series. Lancet. 2020; 396(10247): 320–32. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)31305-2
  3. Чучалин А.Г. COVID-19 пневмония: лекция для студентов ФГАОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова»; 2020. Available at: https://youtu.be/hTVZSwa7X5c (accessed October 14, 2021).
  4. Becker R.C. COVID-19-associated vasculitis and vasculopathy. J. Thromb. Thrombolysis. 2020; 50(3): 499–511. https://doi.org/10.1007/s11239-020-02230-4
  5. Calabrese F., Pezzuto F., Fortarezza F., Hofman P., Kern I., Panizo A., et al. Pulmonary pathology and COVID-19: lessons from autopsy. The experience of European Pulmonary Pathologists. Virchows Arch. 2020; 477(3): 359–72. https://doi.org/10.1007/s00428-020-02886-6
  6. Tian S., Hu W., Niu L., Liu H., Xu H., Xiao S.Y. Pulmonary pathology of early-phase 2019 novel coronavirus (COVID-19) pneumonia in two patients with lung cancer. J. Thorac. Oncol. 2020; 15(5):700–4. https://doi.org/10.1016/j.jtho.2020.02.010
  7. Li M., Lei P., Zeng B., Li Z., Yu P., Fan B., et al. Coronavirus Disease (COVID-19): Spectrum of CT findings and temporal progression of the disease. Acad. Radiol. 2020; 27(5): 603–8. https://doi.org/10.1016/j.acra.2020.03.003
  8. Bernheim A., Mei X., Huang M., Yang Y., Fayad Z.A., Zhang N., et al. Chest CT findings in Coronavirus Disease-19 (COVID-19):Relationship to duration of infection. Radiology. 2020; 295(3):685–91. https://doi.org/10.1148/radiol.2020200463
  9. Pan F., Ye T., Sun P., Gui S., Liang B., Li L., et al. Time course of lung changes at chest CT during recovery from Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). Radiology. 2020; 295(3): 715–21. https://doi.org/10.1148/radiol.2020200370
  10. Liu H., Liu F., Li J., Zhang T., Wanga D., Lan W. Clinical and CT imaging features of the COVID-19 pneumonia: Focus on pregnant women and children. J. Infect. 2020; 80(5): e7–13. https://doi.org/10.1016/j.jinf.2020.03.007
  11. Meng H., Xiong R., He R., Weichen L., Bo H., Lin Z., et al. CT imaging and clinical course of asymptomatic cases with COVID-19 pneumonia at admission in Wuhan, China. J. Infect. 2020; 81(1):e33–9. https://doi.org/10.1016/j.jinf.2020.04.004
  12. Mohanty S.K., Satapathy A., Naidu M.M., Mukhopadhyay S., Sharma S., Barton L.M., et al. Severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS-CoV-2) and coronavirus disease 19 (COVID-19) – anatomic pathology perspective on current knowledge. Diagn. Pathol. 2020; 15(1): 103. https://doi.org/10.1186/s13000-020-01017-8
  13. Iba T., Connors J.M., Levy J.H. The coagulopathy, endotheliopathy, and vasculitis of COVID-19. Inflamm. Res. 2020; 69(12): 1181–9. https://doi.org/10.1007/s00011-020-01401-6
  14. Zhang H., Zhou P., Wei Y., Yue H., Wang Y., Hu M., et al. Histopathologic changes and SARS-CoV-2 immunostaining in the lung of a patient with COVID-19. Ann. Intern. Med. 2020; 172(9): 629–32. https://doi.org/10.7326/M20-0533
  15. Varga Z., Flammer A.J., Steiger P., Haberecker M., Andermatt R., Zinkernagel A.S., et al. Endothelial cell infection and endotheliitis in COVID-19. Lancet. 2020; 395(10234): 1417–8. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(20)30937-5
  16. Jain A. COVID-19 and lung pathology. Indian J. Pathol. Microbiol. 2020; 63(2): 171–2. https://doi.org/10.4103/IJPM.IJPM_280_20
  17. Rizzo P., Vieceli Dalla Sega F., Fortini F., Marracino L., Rapezzi C., Ferrari R., et al. COVID-19 in the heart and the lungs: could we «Notch» the inflammatory storm? Basic Res. Cardiol. 2020; 115(3):31. https://doi.org/10.1007/s00395-020-0791-5
  18. Nicolai L., Leunig A., Brambs S., Kaiser R., Weinberger T., Weigand M., et al. Immunothrombotic dysregulation in COVID-19 pneumonia is associated with respiratory failure and coagulopathy. Circulation. 2020; 142(12): 1176–89. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.120.048488
  19. Sun R., Liu H., Wang X. Mediastinal emphysema, giant bulla, and pneumothorax developed during the course of COVID-19 pneumonia. Korean J. Radiol. 2020; 21(5): 541–4. https://doi.org/10.3348/kjr.2020.0180
  20. Rosenke K., Meade-White K., Letko M., Clancy C., Hansen F., Liu Y., et al. Defining the Syrian hamster as a highly susceptible preclinical model for SARS-CoV-2 infection. Emerg. Microbes Infect. 2020; 9(1): 2673–84. https://doi.org/10.1080/22221751.2020.1858177
  21. Imai M., Iwatsuki-Horimoto K., Hatta M., Loeber S., Halfmann P.J., et al. Syrian hamsters as a small animal model for SARS-CoV-2 infection and countermeasure development. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2020; 117(28): 16587–95. https://doi.org/10.1073/pnas.2009799117

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2021 Chepur S.V., Alekseeva I.I., Vladimirova O.O., Myasnikov V.A., Tyunin M.A., Ilinskii N.S., Nikishin A.S., Shevchenko V.A., Smirnova A.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».