_ Oamenii de știință publică cercetări noi despre cum celulele individuale răspund la infecțiile virale

O echipă de oameni de știință de la Universitatea de Stat din Montana a publicat recent o cercetare unică care examinează modul în care celulele individuale răspund la infecția virală. Lucrarea a folosit tehnologie de ultimă generație pentru a cultiva celulele și a urmări infecția în timp real; este primul proiect cunoscut care folosește tehnologia microfluidică pentru a cultiva, infecta și urmări infecția la nivel de o singură celulă.

Oamenii de știință de la Colegiul de Agricultură din MSU și Colegiul de Inginerie Norm Asbjornson au colaborat la munca interdisciplinară, care a implicat, de asemenea, Centrul MSU pentru Inginerie Biofilm. Rezultatele proiectului au fost publicate în Science Advances, într-o lucrare intitulată „Infecția neuronilor cu virusul herpes simplex de tip 1 cu o singură celulă folosind microfluidica pe bază de picături dezvăluie cinetica de replicare eterogenă.”

Liderii facultății pe baza studiului au fost Matthew Taylor, profesor asociat la Departamentul de Microbiologie și Biologie Celulară, și Connie Chang, care a petrecut aproape un deceniu în Departamentul de Inginerie Chimică și Biologică înainte de a ocupa un post de facultate la Clinica Mayo din Minnesota.

„A fost cu adevărat un efort de colaborare”, a spus Taylor. „Principiile de inginerie și tehnologia din spatele lui proveneau toate din laboratorul lui Connie. Jake era pur și simplu genial și își dăduse seama cum să crească neuroni în interiorul acestor mici geluri, practic la o scară de microni. Fiecare mărgele crește o singură celulă.”

Acele margele de gel au fost create folosind microfluidica pe bază de picături, un proces prin care experimentele științifice pot fi efectuate la scară microscopică mai rapid și cu mai puține cheltuieli decât prin mijloace standard. Chang a asemănat mărgelele cu sfere minuscule de gelatină, făcute dintr-o matrice care permite celulelor să crească exact așa cum ar putea într-o cutie Petri, dar cu fiecare celulă individuală în propriul mediu.

Fredrikson, care și-a finalizat activitatea. Ph.D. în inginerie chimică și biochimică, în primăvara anului 2023, a lucrat intens la creșterea neuronilor - celule nervoase individuale - în interiorul mărgelelor minuscule create prin microfluidic. Odată ce acest proces a fost eficientizat, echipa a introdus celulele în virusul herpes simplex-1, un virus comun care provoacă herpes labial.

„Era practic un țesut minuscul făcut în laborator, unde puteam infecta. și urmăriți infecția cu virusuri în 3D și în timp real”, a spus Chang. „A lucra cu laboratorul Taylor a fost ca o combinație perfectă; un inginer și un biolog lucrează împreună pentru a descoperi și a face ceva cu totul nou. Este prima dată când cineva a crescut neuroni la nivel de celulă unică pe acest tip de picătură”.

Virusul specific pe care l-a folosit echipa avea o calitate concepută în mod unic: avea fluorescență în diferite culori la microscop, oferind echipei un declanșator vizual pe măsură ce infecția progresa în celulele individuale. Când virusul infecta celula, acesta părea galben, iar când începea să se replice - scopul virușilor din interiorul gazdei lor de a perpetua infecția - devenea roșu. Celulele au fost expuse la cantități diferite de virus pentru a examina modul în care au răspuns.

Dar nu toate celulele au răspuns la fel, a spus Taylor, ceea ce a fost neașteptat. În timp ce majoritatea celulelor au devenit galbene, nu toate au devenit roșii, ceea ce înseamnă că unele celule au oprit efectiv replicarea virusului.

„Lucru remarcabil este că fiecare celulă a fost expusă la o cantitate de virus care ar trebui să producă infecție”, a spus Taylor. „Știm că celulele sunt infectate pentru că sunt galbene. Acum decuplăm procesul de infecție de replicarea productivă. Decupăm rădăcinile virologiei, contestând aceste ipoteze despre ceea ce oamenii cred că înseamnă infecția și găsim decalaje între ceea ce credem că se întâmplă și ce este cu adevărat.”

Dar cum și de ce unele celule au fost capabile să întrerupă procesul de replicare virală? Această întrebare va ghida cercetări viitoare extinse, a spus Taylor.

„Dacă celulele pot închide în mod natural virusurile herpetice, iar neuronii îl pot controla bine, există ceva ce putem folosi pentru a limita și mai mult replicarea productivă? Oamenii au am încercat să blocheze infecția cu herpes de eoni, fără succes”, a spus el. „Dar există vreo modalitate prin care să putem opri virusul și să-l împiedicăm să se replice?”

În plus, a spus Chang, implementarea tehnologiei microfluidicei și prima examinare de acest fel a echipei la un nivelul unicelular ar putea crea căi pentru studierea altor tipuri de celule, cum ar fi celulele cerebrale sau pulmonare, și examinarea răspunsului celular la alte infecții în căutare de tratamente și remedii.

Deoarece microfluidica pe bază de picături permite experimentarea la o scară atât de mică, scade costul cercetării, lărgind accesul oamenilor de știință pentru a efectua cercetări de ultimă oră la un cost mai mic. Aplicațiile potențiale sunt nesfârșite, a spus Taylor.

„Microfluidica este foarte adaptabilă și, dacă lucrați cu un inginer foarte talentat, așa cum am făcut noi, ei pot proiecta tot felul de arhitecturi care pot face diferite manipulări ale procesului. ," el a spus. „Ceea ce se schimbă cu adevărat este că acum utilizați cantități mult mai mici din orice. Puteți găsi tipuri de celule mai rare, puteți utiliza mai puțin material primar și puteți analiza cantități mai mari cu mai puține intrări.”

A fost nevoie de o colaborare între ele. discipline pentru a precipita o astfel de realizare inedită.

„Aceste proiecte sunt întotdeauna cele mai bune, cele care unesc disciplinele, în care îți îmbini expertiza cu cea a altcuiva”, a spus Chang. „Acestea sunt întotdeauna proiectele cu cel mai mare impact, mai interesante și mai distractive și de aceea mi-a plăcut întotdeauna această intersecție dintre biologie și inginerie, care unește diferite discipline.”

Taylor a fost de acord, adăugând că proiectul nu ar fi Nu am văzut succesul pe care l-a avut fără amestecul de studenți absolvenți remarcabili, facultate curios și laboratoare precum Centrul de Inginerie Biofilm care s-a unit la MSU.

„Sunt cel mai mândru de lucrare, deoarece demonstrează cu adevărat inima colaborării”, a spus el. „Am găsit potrivirea potrivită la momentul potrivit pentru ca aceasta să fie magie și a fost cu adevărat magie. A fost o colaborare uimitor de productivă.”

(Fluierul)