Используя инновационные системы культивирования клеток, ученые из Гейдельбергского университета (Heidelberg University) в настоящее время изучают, как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) распространяется в трехмерных тканях. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, показывают, что структура ткани заставляет вирус распространяться через прямой контакт между клетками.
Актуальность проблемы
Распространение патогенов, таких как ВИЧ, зачастую изучают в пробирке, то есть в двумерных клеточных культурах, при этом едва ли отражая гораздо более сложные условия в организме человека.
«Исследования по репликации ВИЧ в лаборатории в основном проводятся в простых экспериментах на клеточных культурах в пластиковых чашках, которые не отражают сложную архитектуру и неоднородность ткани», — объясняет ведущий автор исследования Оливер Факлер (Oliver Fackler).
Традиционно предполагалось, что инфицированные клетки выделяют вирусные частицы, которые затем проникают и в конечном итоге заражают другие клетки. Но также возможно, что вирусные частицы напрямую переносятся из одной зараженной клетки в другую через тесный контакт. До сих пор неизвестно, какой из этих способов передачи преобладает в ткани зараженной ВИЧ.
Материалы и методы исследования
В своем подходе исследователи из Гейдельберга учли, что так называемые CD4 T-хелперы (Т-лимфоциты, главной функцией которых является усиление адаптивного иммунного ответа), предпочтительный тип клеток, инфицированных ВИЧ, очень подвижны в своей физиологической среде. Ученые использовали новую систему культивирования клеток, в которой трехмерный каркас был создан с помощью коллагена. Это позволило поддерживать мобильность клеток и контролировать первичные Т-клетки CD4, инфицированные ВИЧ-1, в течение нескольких недель.
Используя этот инновационный подход, исследователи измерили ряд факторов, которые характеризуют подвижность клеток, репликацию вируса и постепенную потерю CD4 T-хелперов. При анализе данных авторы исследования сотрудничали с коллегами из области обработки изображений, теоретической биофизики и математического моделирования.
Результаты научного исследования
Вместе ученые смогли охарактеризовать сложное поведение клеток и вирусов и смоделировать его на компьютере. Это позволило сделать важные прогнозы относительно ключевых процессов, определяющих распространение ВИЧ-1 в трехмерных культурах, что было подтверждено последующими экспериментами.
Анализ данных показал, что трехмерная среда системы культивирования клеток подавляет заражение бесклеточным вирусом, одновременно способствуя прямой передаче вируса от клетки к клетке.
Таким образом, был оценен минимальный промежуток времени, необходимый для межклеточных контактов для передачи инфекции. Исследователи надеются, что эти результаты приведут к новым терапевтическим подходам в лечении ВИЧ.
Авторы другого исследования обнаружили новый путь передачи ВИЧ среди наркоманов.
