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Nat Commu:艾滋病毒通过细胞间直接接触传播

来源:本站原创 2019-08-20 07:53

2019年8月20日讯 /生物谷BIOON /——像人类免疫缺陷病毒(HIV)这样的病原体的传播常常是在试管中(即在二维细胞培养中)进行研究的,尽管它几乎不能反映人体中更为复杂的情况。而近日海德堡大学的一个跨学科的科学家团队利用创新的细胞培养系统、定量图像分析和计算机模拟,探索了艾滋病毒如何在三维组织样环境中传播。研究人员的结果表明,这种组织结构迫使病毒通过细胞间的直接接触传播。

尽管经过30多年的研究,但艾滋病毒许多关键方面(如艾滋病毒如何传播)仍然不为人知。这些尚未解决的问题之一涉及病毒与人体环境之间的相互作用。传统上认为,受感染的细胞释放病毒颗粒,然后扩散,最终感染其他细胞。但也有可能病毒颗粒通过密切接触直接从一个受感染的细胞转移到另一个细胞。到目前为止,还不清楚哪些传播方式在组织中普遍存在。海德堡大学医院(Heidelberg University Hospital)综合传染病研究中心(CIID)的研究主任Oliver Fackler教授解释说:"实验室中关于艾滋病毒复制的研究大多是在简单的塑料培养皿中进行的细胞培养实验,这些实验并不反映组织的复杂结构和异质性。"

图片来源:Oliver Fackler Frederik Graw

海德堡大学的研究人员在他们的研究方法中考虑到所谓的CD4 T辅助细胞(HIV病毒感染的首选细胞类型)在生理环境中具有高度的运动性。他们使用了一种新的细胞培养系统,在胶原蛋白的帮助下生成了一个三维支架。这使得研究人员可以在数周的过程中在组织样的环境中维持细胞的移动性,并监测感染HIV-1的初级CD4 T细胞。利用这种创新的方法,研究人员测量了许多因素,这些因素表征了细胞活力、病毒复制和CD4 T辅助细胞的逐渐丧失。"这产生了一组非常复杂的数据,如果没有其他学科科学家的帮助,这些数据是无法解释的," Andrea Imle博士解释说道,她在CIID攻读博士期间参与了这个项目。

在分析数据时,进行实验的科学家与来自图像处理、理论生物物理学和数学建模领域的同事合作。他们一起能够描述细胞和病毒的复杂行为,并在计算机上进行模拟。这使得对决定HIV-1在这些三维培养中传播的关键过程做出重要预测成为可能,而这一点在随后的实验中得到了证实。海德堡大学理论物理研究所的Ulrich Schwarz教授说:"我们跨学科的研究是一个很好的例子,说明实验和模拟的结合可以帮助定量分析一个复杂的生物过程。"

数据分析显示,细胞培养系统的三维环境抑制了无细胞病毒的感染,同时促进了病毒在细胞间的直接传播。海德堡大学生物定量中心的Frederik Graw博士解释说:"我们的模型使我们能够将短的单细胞显微镜胶片与长期的细胞数量测量相结合,从而估算细胞间接触传播感染所需的最小时间跨度。"研究人员希望这些发现将最终导致治疗艾滋病的新方法。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

Andrea Imle et al. Experimental and computational analyses reveal that environmental restrictions shape HIV-1 spread in 3D cultures, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-09879-3

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